35 kV主变压器高压侧后备保护误动作事故分析

黄兴，杨琳琳，韩涛，王宁

（国网山东省电力公司莱芜供电公司，山东莱芜271100）

35 kV主变压器高压侧后备保护误动作事故分析

黄兴，杨琳琳，韩涛，王宁

（国网山东省电力公司莱芜供电公司，山东莱芜271100）

某35 kV变电站一10 kV出线故障，造成1号主变压器高压侧后备保护误动作跳开10 kV高压侧后备保护分段开关。通过理论计算及定值分析，发现保护越级动作的主要原因是主变压器高压侧后备保护定值设置不合适。当负荷电流较大时，有可能出现主变压器高压侧后备保护先于线路保护动作的情况。

主变压器；高压侧后备保护；相间短路；定值

0　引言

高压侧复合电压闭锁方向过电流保护因外部相间短路引起的过电流而动作，它可作为变压器内部相间短路故障时差动保护和瓦斯保护的后备保护，也可作为其他侧的后备保护［1］。继电保护装置必须满足可靠性、选择性、速动性、灵敏性的基本要求，正确而合理的整定计算是实现上述要求的关键，是继电保护装置正确发挥作用，保障电气设备安全，维持电力系统稳定运行的基础。结合一起变压器高压侧后备保护误动作事故，分析保护定值选取原理，为类似故障提供分析和处理思路。

1　故障经过

2014-07-18，某35 kV变电站一10 kV出线故障，造成1号主变压器高压侧后备保护动作跳开10 kV分段开关，损失部分负荷。该35 kV系统为单母接线方式，10 kV系统为单母分段接线方式，35 kV 11开关通过1号主变压器带10 kVⅠ、Ⅱ段母线负荷，2号主变压器热备用。10 kVⅠ段母线带63、65、67开关运行，10 kVⅡ段母线带64、66、68、610开关及一组电容器运行，如图1所示。

图1　某35 kV变电站一次系统图

15∶46∶47.523，1号主变压器高压侧后备保护过流I段保护启动，启动值Ic=3.42 A；15∶46∶47.873，10 kV 67开关过流Ⅱ段保护启动，启动值Ic=6.08 A；15∶46∶48.323，1号主变压器高压侧后备保护过流I段保护动作，动作值Ic=4.04A；15∶46∶48.373，10 kV 67开关过流Ⅱ段保护动作，动作值Ic=6.4A；15∶46∶49.413，10 kV 67开关重合闸动作。

2　分析及处理

2.1保护定值及变比

1号主变压器高压侧后备保护、低压侧后备保护及10 kV 67开关定值分别如表1～3所示。

表1　1号主变压器高压侧后备保护定值

表2　1号主变压器低压侧后备保护定值

表3　10 kV 67开关保护定值

2.2原因分析

现场检查其他运行线路未发现故障信息，检查站内一次设备未发现明显故障点，初步判断67开关故障是导致1号主变压器保护动作的主要原因。通过现场装置故障信息判断为BC相间故障。现以图2所示Yd11接线的降压变压器为例，分析低压侧（三角形）发生B、C两相短路时在高压侧（星形）的各相电流关系。

图2　短路电流示意图

由此可求出

根据变压器的工作原理［3］，有

将式（2）代入式（3），可得

据式（4），将67开关过流Ⅱ段定值归算至主变压器高压侧，有

可见，将67开关过流Ⅱ段定值归算至主变压器高压侧后，已非常接近主变压器高压侧后备保护定值3.3 A。因此，在其他线路负荷较大的情况下，负荷电流加上67开关短路电流可能出现达不到67开关过流Ⅱ段定值而达到主变压器高压侧后备保护定值的情况，从而导致保护误动。

如本故障中15∶46∶48.373，10 kV 67开关过流Ⅱ段保护动作，动作值I=6.4 A。代入式（4），归算至主变压器高压侧后可得

即10 kV 67开关过流Ⅱ段保护动作时，电流已超过主变压器高压侧后备保护动作定值。

从启动时间上看，1号主变压器高压侧后备保护保护比67开关早启动350 ms，可以推断该段时间内67开关的故障电流未达到67开关过流Ⅱ段定值，但其与负荷电流叠加达到了1号主变压器高压侧后备保护电流定值，致使1号主变压器高压侧后备保护启动。

根据上述分析，结合图3所示保护动作时序图，保护动作过程可描述如下：某刻，67开关BC相间故障，而故障电流尚未达到67开关过流Ⅱ段定值，故67开关保护未启动，但此时67开关故障电流与其他出线负荷电流的叠加达到了1号主变压器高压侧后备保护过流I段定值，致使1号主变压器高压侧后备保护过流保护I段启动；350 ms后，67开关故障电流发展至超过过流Ⅱ段定值，67开关过流Ⅱ段保护启动；800 ms后，达到1号主变压器高压侧后备保护过流I段I时限（800 ms），保护动作，并跳开低压侧分段开关，但由于67开关运行于Ⅰ段母线，故障并未切除；850 ms后达到67开关过流Ⅱ段动作时限（500 ms），保护动作，67开关跳闸。

图3　保护动作时序图

文献［4］对变压器相间短路后备保护要求为：作为变压器相间短路后备保护的过电流保护为保证选择性，其动作电流应能躲过可能流过变压器的最大负荷电流，即

式中：Krel为可靠系数，取1.2～1.3；Kr为返回系数，取0.85～0.95；na为TA变比系数；IL.max为最大负荷电流。

最大负荷电流可按以下情况考虑并取其最大者：1）对并列运行的变压器，应考虑容量最大的一台变压器断开后引起的过负荷电流。2）当降压变压器低压侧接有大量异步电动机时，应考虑电动机的自启动电流。3）对两台分裂运行的降压变压器，在负荷侧母线分段断路器上装有备用电源自动投入装置时，应考虑备用电源自动投入后负荷电流的增加。4）与下一级过电流保护相配合，则

式中：I′op为分段断路器或与之相配合的馈线过电流保护的动作电流；Im.L.max为本变压器所在母线段的正常运行最大负荷电流。

本次故障中并不满足与下一级过电流保护相配合的要求，因此出现了主变压器高压侧后备保护误动的情况。

2.3处理措施

67开关故障本应由该线路本身跳闸，但由于故障点距离较远或短路阻抗较大等原因，导致故障电流没能在故障之初就达到67开关过流保护定值；另一方面主变压器高压侧后备保护定值偏低导致主变压器高压侧后备保护先于10 kV出线保护动作，从而没有保证其选择性，扩大了事故范围。应考虑在灵敏度允许的基础上适当提高主变压器高压侧后备保护定值。如果灵敏度不满足要求，可通过投入复合电压闭锁逻辑，以保障极端情况下故障时保护装置动作的选择性。

3　结语

通过对某35 kV变电站一起事故跳闸分析，详细介绍了10 kV出线过流保护与主变压器高压侧后备保护定值之间的关系，并查找出主变压器高压侧后备保护越级动作的原因，制定出相应的整改方案。由此可以看出主变压器高压侧后备保护保护虽具有灵敏系数高的优点，但也因此存在误动的可能，在整定计算中应予以注意。

［1］张保会，尹项根.电力系统继电保护［M］.北京：中国电力出版社，2005.

［2］于永源，杨绮雯.电力系统分析［M］.北京：中国电力出版社，2012.

［3］刘锦波，张承慧.电机与拖动［M］.北京：清华大学出版社，2007.

［4］DL/T 684—1999大型发电机变压器几点保护整定计算导则［S］.

Malfunction Analysis of High Voltage Side Backup Protection for 35 kV Transformer

HUANG Xing，YANG Linlin，HAN Tao，WANG Ning
（State Grid Laiwu Power Supply Company，Laiwu 271100，China）

A 10 kV line fault in 35 kV substation caused mal-operation of the high voltage side backup protection of No.1 main transformer，consequently，the 10 kV section switch is tripped abnormally.Theoretical calculation and fixed value analysis indicate that improper setting value of main transformer high voltage side backup protection is the main reason of the override tripping.High voltage side backup protection may act earlier than line protection when the load current is large enough.

main transformer；high voltage side backup protection；phase-to-phase faults；fixed value

TM772

B

1007－9904（2015）10－0074－03

2015-06-27

黄兴（1987），男，工程师，从事继电保护工作。