220kV五贵塘变电站主变差动保护误动的原因分析判断及防范措施

2014-04-21雷俊华

城市建设理论研究 2014年11期

雷俊华

摘要：攀钢公司220kV五贵塘变电站新安装工作结束，对220kV二号主变进行空载合闸时，变压器成套保护装置RCS-978GE纵差比率差动B相动作，高压侧202断路器跳闸。通过对RCS-978GE保护装置动作的原因展开了深入细致的分析，判定此次差动保护属于误动作，并提出相应的防范措施和有效整改方案，提高了差动保护动作的选择性、速动性、灵敏性、可靠性，从而保证了变压器的安全稳定的运行。

关键词：差动保护;瓦斯保护;不平衡电流;励磁涌流

中图分类号：U665文献标识码： A

一、故障现象

对攀钢公司220kV五贵塘变电站二号主变(型号SFZ10-63000/220，制造厂家：云南变压器电气股份有限公司)进行空载合闸试验时，共空载合闸五次，第四次和第五次差动保护动作，查看RCS-978GE变压器成套保护装置动作报文：启动时间2012年8月31日13时17分47秒，纵差比率差动B相动作，跳高压侧，跳低压侧1分支。

二、差动保护工作原理

差动保护是利用基尔霍夫电流定理工作的，当变压器正常工作或区外故障时，将其看作理想变压器，则流入变压器的电流和流出电流（折算后的电流）相等，即Icd=i1-i2,如图1(a)所示，流过差动回路电流Icd在理论上为零，差动继电器不动作。当变压器内部故障时，两侧（或三侧）向故障点提供短路电流，差动保护感受到的二次电流的和正比于故障点电流，即Icd=i1+i2，如图1(b)所示，差动回路中的电流值大于整定值时，差动继电器动作。

三、变压器冲击合闸试验的目的

五贵塘变电站220kV二号主变，进行全电压冲击合闸试验的目的就是考验变压器本身品质性能。

（一）检验变压器绝缘强度是否能承受操作过电压。当操作空载变压器时，有操作过电压产生，过电压幅值可达3-4.5倍相电压，为了检验变压器及其附件的绝缘强度，需做冲击合闸试验。

（二）检验变压器差动保护二次谐波制动系数的整定是否合适。变压器合闸瞬间会产生很大的励磁涌流，其值可达6~8倍额定电流，而且这个电流只会出现在变压器差动保护的一段CT上，另一侧的CT是没有电流流过的。因为励磁涌流中含有很高的二次谐波，所以，做几次空载合闸试验可以检验变压器差动保护二次谐波制动系数的整定值是否合适。

（三）检验变压器机械性能是否满足要求。同样变压器冲击合闸瞬间，励磁涌流非常大，会产生很大的电动力，做冲击合闸试验，可以检验变压器的机械性能是否满足要求。

四、对差动保护区范围内的设备进行分析、判断

以五贵塘变电站220kV二号主变进行全电压冲击合闸为例，纵差比率差动保护动作，我们要从四个方面进行分析排查，确保顺利投运：（一）变压器进线侧和出线侧设备是否故障；（二）变压器本体是否故障；（三）产生不平衡电流（含励磁涌流）的原因、影响及防范措施；（四）变压器二次谐波制动系数的整定是否正确。分析如下：

（一）变压器进线侧或出线侧设备检查

1.一次系统检查

变电检修人员对二号主变的一次设备进行了认真检查，特别是对变压器两侧设备如断路器、避雷器、穿墙套管、架空线路及相应支撑机构等进行了外观认真检查，确定无异常。

2.电气检测

高试人员，对变压器进线侧或出线侧所有一次设备进行电气试验，试验数据均正常，排除了二号主变两侧设备有短路或接地故障的情况。

3.继电保护工作人员，对二号主变二次回路进行了全面的检查，对电流互感器的极性和变比进行校核，对保护装置的整定进行了校核，没有异常情况发生。

结论:通过以上检查，可以判断变压器进线侧或出线侧设备无故障发生。

（二）变压器本体检查

1.变压器本体进行外观检查和初步分析

（1）检查成套保护装置RCS-978GE，发现纵差比率差动保护动作，后备过流、速断保护等均未动作；

（2）检查主变主保护瓦斯保护，瓦斯继电器未动作，瓦斯集气盒内无可燃性气体；

（3）巡视检查主变外观油位、油温、油色防爆玻璃、瓷套管等均未发现异常状况；

（4）巡视检查主变输入侧和输出侧连接设备及支撑机构均未发现异常；

初步判断：根据差动保护动作的原理和故障时各保护装置的动作情况，初步判断主变本体无故障。

2.变压器本体进行深入分析判断

变压器故障诊断应综合各种有效的检测手段，包括电气检测、化学检测、继电保护等，只有通过各种有效的途径逐一检查、逐一判断，全面收集数据，才能取得较好的故障诊断效果。

（1）电气检测

对变压器进行了以下试验： ⑴直流电阻和变比 ⑵绝缘电阻和吸收比 ⑶介质损耗和直流泄漏等。检测结果未超过规程规定的标准，与制造厂出厂数据相符，可以判断各侧绕组的绝缘无受潮、无击穿、无整体劣化的可能。即说明变压器无内部故障。

（2）化学检测

变压器如发生局部过热、电晕、电弧时绝缘油会产生故障特征气体，所以必须对变压器油进行色谱分析，分析结果是该变压器油无任何故障特征气体产生。说明变压器无内部故障。

（3)二次系统检查

继电保护工作人员，对二号主变二次回路进行了全面的检查：二次回路绝缘良好；电流互感器极性正确；瓦斯继电器动作正常；判定二次回路正确。

综合以上结论：二号主变本体预防性试验合格；变压器绝缘油色谱分析合格；保护装置动作正确，二次回路接线正确，变压器内部无相间短路、匝间短路等故障，变压器绝缘强度、机械性能在冲击试验时没有发生改变，则判定变压器本体及二次回路均无故障。

（三）产生不平衡电流的原因、影响及防范措施

前面我们已经判断，二号主变回路上所有设备和整个二次回路均无故障，即保护装置采样到的电流不是故障电流，我们初步分析：这个差流是空载合闸时产生的不平衡电流。

1.产生不平衡电流的原因

不平衡电流的产生有稳态和暂态二方面，稳态不平衡电流产生的原因: （1）变压器高低压侧绕组接线方式不同;（2)变压器各侧电流互感器的型号和变比不相同;（3)带负荷调分接头引起变压器变比的改变。暂态不平衡电流主要是由于变压器空载投入电源或外部故障切除，电压恢复时产生的励磁涌流。

2.不平衡电流的影响及相应的防范措施

变压器差动保护的不平衡电流直接影响到差动保护的选择性、速动性、灵敏性和可靠性。故此，分析其影响并采取相应的防范措施对提高变压器差动保护性能是十分重要的。

（1）变压器高低压侧绕组接线方式不同的影响及其防范措施

当变压器采用Yd11接线时，因为三角形接线侧的线电压，在相位上相差30°，所以其对应相的电流相位关系也相差30°，即三角形侧电流比星形侧的同一相电流，在相位上超前30°，因此即使变压器两侧电流互感器二次电流的数值相等，在差动保护回路中就会出现不平衡电流。

防范措施：消除由变压器Yd11接线而引起的不平衡电流，RCS-978GE保护装置采用相位补偿法，自动调整了变压器的相位差。

（2）电流互感器型号和变比不相同的影响及其防范措施

一方面，由于变压器各侧额定电压不同，装设在各侧的电流互感器型号也就不同，所以饱和特性和励磁电流（归算到同一侧）也不相同。因此,在外部短路时也会引起较大的不平衡电流，对这种情况可以采用适当增大保护动作电流的办法来解决。

另一方面，由于电流互感器实际选用的变比，与计算变比不可能完全一致，而且变压器的变比也不可能完全相同，这是在差动保护回路中引起不平衡电流的又一原因。

防范措施：在RCS-978GE保护装置中，通过调整程序软件中平衡系数Kb来控制，以消除不平衡电流。

（3）在运行中改变分接头的影响及其防范措施

电力系统在运行中，通常利用调节变压器分接头的方法来维持电网的电压水平。改变变压器分接头，也就改变了变压器的变比。差动回路原先的平衡被破坏了，即出现了新的不平衡电流。

防范措施：为了消除这一不平衡电流的影响，可以提高差动保护电流的整定值。

（4）变压器励磁涌流的影响及其防范措施

励磁涌流的影响:在正常情况下,变压器励磁电流不过为变压器额定电流的2%～3%;在外部故障时,由于电压降低，励磁电流也相应减少,其影响就更小。但是,在变压器空载投入和外部故障切除后电压恢复时,则可能产生数值很大的励磁涌流,其数值可达变压器额定电流的6～8倍。励磁涌流可分解成各次谐波,以二次谐波为主,同时在励磁涌流波形中还会出现间断角。

防范措施：RCS-978GE保护装置新开发一种在检测到变压器处于空投状态时的防范措施，会自适应的投入以下判据增加躲避励磁通流的能力：1）励磁涌流采用浮动门槛功能，2）根据差电流中二次谐波含量的变化趋势进行辅助的励磁涌流判别，3）根据三相差电流中的二次谐波含量的综合判断自适应的投入短时间的循环闭锁功能。

（四）变压器二次谐波制动系数的整定是否正确。

通过以上分析，以及CS-978GE变压器保护装置说明书，该保护装置有躲过最大不平衡电流的能力，特别是躲避的励磁涌流的能力，我们应该对变压器二次谐波制动系数的整定是否合适加以考证。

RCS-978GE保护装置，采用了独立的起动元件，启动+保护动作出口跳闸的方式，即管理扳上启动元件动作，同时CPU扳上对应的保护动作元件动作后才能跳闸出口，两个条件缺一不可。

1.查看保护装置整定为：

纵差比率差动保护定值为：2.070 Ie..

二次谐波制动系数为：0.150

2.动作报文：

最大纵差电流为：2.58 Ie.

动作相别：B相

0 ms保护启动

380ms 纵差比率差动动作

跳高压侧202断路器跳低压侧1分支