主变压器差动保护误动故障实例分析

谭雨珍，程本良，孙世磊，李晓

（1．华能烟台发电有限公司，山东烟台264000；2.国网山东省电力公司烟台市福山区供电公司，山东烟台264000）

主变压器差动保护误动故障实例分析

谭雨珍1，程本良2，孙世磊1，李晓1

（1．华能烟台发电有限公司，山东烟台264000；2.国网山东省电力公司烟台市福山区供电公司，山东烟台264000）

某110 kV变电站上线路6发生故障，导致该母线上所连接的4号主变压器差动保护误动。结合故障实例，对电流互感器（TA）饱和引发的主变差动保护误动进行详细分析，并制定出相应的整改方案及预防措施，以避免类似事故再次发生。

变压器差动保护；TA饱和；保护误动

0 引言

目前，随着电网供电容量的不断扩大，系统故障时出现的短路电流急剧增加，这对电力系统中所选用的电流互感器（TA）抗饱和能力提出了更高的要求。TA作为电流源是继电保护和监控系统判别系统运行状态的重要组件，因此在设备安装设计初期，要根据保护安装处可能出现的最大短路电流与TA的饱和倍数合理选择TA和保护装置［1-2］。同时，电流互感器的选择除了应该满足一次回路的额定电压、额定电流、最大负荷电流及短路电流的动热稳定性外，还应满足二次回路的测量仪表、自动装置和保护装置的准确度等级要求［3-4］。

结合故障事故报文，对4号主变差动保护误动的原因进行分析，对所使用的TA进行现场检查和详细测试，并提出了相应的整改方案与预控措施。

1 故障经过

2015-04-21某110 kV变电站上线路6发生供电线路故障，1126开关跳闸，重合不成功。线路6发生区内故障的同时，与线路6同一母线上连接的4号主变差动保护动作，变压器各侧开关跳闸，变压器停运，由于4号发电机恰处于检修状态，未造成发电机停机故障（4号主变高压侧连接220 kV系统，因此4号发电机停机检修，4号主变作为联络变压器依然运行）。一次系统接线如图1所示。

图1 一次系统接线

2 检查测试

2.1 保护装置检查

工作人员立即检查线路6保护装置的A柜和B柜及4号发变组保护装置A柜和B柜。故障录波曲线如图2所示。

图2 故障录波曲线

线路6的保护装置故障报文显示距离I段保护动作，动作相对时间26 ms（保护定值为0 s），故障测距5.4 km，故障相别为C相，故障相电流二次值为43.04 A，由于TA变比为600／5，折算到一次值为5 164.8 A，故障零序电流二次值为37.73 A。

4号发变组保护装置A柜运行正常，无故障信息；4号发变组保护装置B柜发出跳闸信号指示，故障报文显示主变差动保护动作，动作相对时间32 ms（保护定值为0 s），主变差动电流（经Y/△校正）B相和C相（如图2（a）中IDB、IDC）分别达到1.59Ie或1.60Ie，超过差动动作电流定值，引起差动保护动作；同时，从4号发变组保护装置B柜故障录波图（图2（a））中可以看出，故障瞬间4号主变中压侧（110 kV侧）B、C相电流发生严重畸变，高压侧（220 kV侧）B、C相电流有明显突变，但是波形没有畸变，导致4号主变高压侧中压侧产生差动电流，引起保护动作。

由于4号主变110 kV侧的B、C相电流的波形严重畸变，保护装置采集到的二次电流不再是对称的工频正弦波，TA波形呈现饱和特性，初步怀疑TA损坏或者TA饱和，立即对4号主变110 kV侧各相TA进行检查。

2.2 TA现场检查与测试

现场检查，4号发变组保护装置所用的110 kV侧各相TA是套管电流互感器，该TA有6个绕组，7组抽头，从外观检查，没有发现异常。现场检查各相TA接线组别和极性，发现4号发变组保护装置A柜保护所用的三相TA接线绕组为1S1-1S2，该绕组准确级别为5P20，可以作为保护装置专用绕组；4号发变组保护装置B柜保护所用的A相TA接线绕组为1S1-1S2，该绕组准确级别为5P20，保护所用的B、C相TA接线绕组均为5S1-5S2，该绕组准确级别为0.5，此绕组为计量专用绕组，原则上，保护装置与测量仪表宜接到电流互感器不同的二次绕组［5］，4号发变组B、C相使用的二次绕组与A相不同，怀疑故障瞬间，较大的穿越性电流使得测量绕组饱和，采样数值出现偏差。

现场工作人员对B、C相TA进行伏安特性曲线和10%误差曲线等数据的测量，TA的各项试验指标均合格［6］，由于B、C相TA是合格的，说明将4号发变组保护装置B柜B、C相保护所用的TA二次绕组改接为保护回路专用绕组后，可以投入使用。

对B相TA进行试验，试验报告主要内容如下：

1）名牌数据。型号：LCWB6—110W3；额定电压：110 kV。

2）外部检查：正常。

3）试验数据。一次绕组对二次绕组及地绝缘电阻、二次绕组间及地绝缘电阻、地屏端子对地绝缘电阻为1×104MΩ。

变比、极性测量如表1所示，额定短时工频耐压试验结果如表2所示，伏安特性测量结果如表3所示，误差试验结果如表4所示。

表1 变比、极性测量结果

表2 额定短时工频耐压试验结果

表3 伏安特性测量结果

表4 误差试验结果

结论：符合国家电网电力设备交接和预防性试验规程标准试验，合格。

3 原因分析

从现场所做的TA试验数据，得到保护绕组和测量绕组的伏安特性曲线，如图3所示。

图3 TA伏安特性曲线

由于TA铁芯的铁磁材料具有饱和特性，当TA所施加的一次电流较小时，TA一次绕组上的电压也较小，并且电流幅值在一定范围之内，电流与电压近似地呈现直线关系；当一次电流骤增后，一次绕组上的电压也急剧增加，铁芯磁通达到饱和后，TA不再工作于线性区域，伏安特性曲线出现拐点，即便一次电流增加很多，TA一次绕组上的电压近似不变，电流几乎全部损耗在铁芯发热上，TA呈现饱和特性，此时，TA的二次电流不能正确反应一次电流，采样出现偏差。另外，从图3中也可以看出，对于同一TA，当一次电流逐渐增大时，测量绕组比保护绕组提前进入饱和区域。假如对TA一次绕组施加0.316 A电流，测量绕组几近饱和，但保护绕组仍处于线性区域，此时，可以充分保证保护装置采样的正确率，从而提高保护动作的可靠性。

差动保护作为变压器的主保护，为了满足在变压器内部发生严重故障时能够快速可靠动作以切除故障，保护通常没有闭锁条件，只要差流大于保护定值就会动作跳闸［7］。对4号主变，其中压侧母线上发生线路故障时，有较大穿越性短路电流通过4号主变的各侧TA。由于4号发变组保护装置A柜所用TA保护绕组的接线组别均正确，保护装置采样正确，虽然保护装置采集的各侧电流均有变化，但差流没有达到保护定值，装置正常运行；4号发变组保护装置B柜110 kV侧保护所用的B、C相TA使用的是测量绕组，此绕组抗饱和能力差，当一次回路的穿越性故障电流较大时，TA的测量绕组已经饱和，TA所反应的二次电流发生畸变，保护装置采集到的电流不能够正确反应一次系统的故障电流，从而导致4号发变组保护装置B柜B、C相出现差流，并且其数值超过差动保护动作电流定值，导致4号主变差动保护动作，变压器各侧开关跳闸，变压器停运。

4 整改方案与预控措施

针对此次保护装置误动情况，现场工作人员对4号主变差动保护使用的110 kV侧TA进行伏安特性曲线和10%误差曲线的测量，经检测合格后（见表1），将4号主变保护使用的110 kV侧B、C相TA二次绕组改接为5P20级的1S1-1S2保护回路专用绕组，与A相TA二次绕组接线组别一致，充分保证保护装置采样的准确性。

吸取此次故障的经验教训，利用设备检修契机，对所有设备保护用的所有的TA容量、接线组别、二次负载、伏安特性曲线及10%误差曲线进行详细试验和检查，防止再次发生由于TA带载能力不够、TA饱和等原因导致的保护装置不正确动作的情况出现。

同时，对于新安装设备保护装置的TA，应选择成熟高质量的产品。在设备移交时，进行绕组绝缘电阻的测量、介质损耗因数的测量、极性检查、交流耐压试验、各分接头的变比检查、局部放电等详细试验，确保设备在日后的运行中安全可靠［8］。设备检修时，要仔细检查二次回路接线、直流电阻和绝缘，防止发送内外部短路、接触不良或者短路，还要检查TA是否有开裂现象，检查TA一次接地是否按照规程要求可靠接地。设备运行中要加强TA温度的检测，发现问题及时处理。

5 结语

通过4号发变组保护装置B柜故障报文信息，结合对现场保护所用TA的详细检查，现场工作人员发现由于对TA准确等级的使用错误，造成了TA饱和引起主变差动保护误动。为了避免类似问题的再次发生，提出了相应的整改方案及预防措施，保证保护装置正确可靠的运行。

［1］陈建玉，孟宪民，张振旗，等.电流互感器饱和对继电保护影响的分析及对策［J］.电力系统自动化，2000，24（6）：54-56.

［2］陈国清.浅析电流互感器饱和对继电保护的影响及对策［J］.自动化技术与应用，2007，26（10）：115-116.

［3］POWELL LJ.Current transformer burden and saturation［J］.IEEE Transactions on Industry Applications，1979（15）：294-303.

［4］DL／T 5136—2012火力发电厂、变电站二次接线设计技术规程［S］.

［5］DL／T 866—2015电流互感器和电压互感器选择和计算导则［S］.

［6］DL／T 596—2005电力设备预防性试验规程［S］.

［7］邓茂军.变压器区外故障CT饱和对主变保护的影响分析［J］.电力系统保护与控制，2012，40（4）：129-133.

［8］GB 50150—2006电气装置安装工程电气设备交接试验标准［S］.

Malfunction Analysis of Differential Protection for Main Transformers

TAN Yuzhen1，CHENG Benliang2，SUN Shilei1，LI Xiao1
（1.Huaneng Yantai Power Generation Co.，Ltd.，Yantai 264000，China；2.State Grid Fushan Power Supply Company，Yantai 264000，China）

A line fault in an 110 kV substation caused the protection mal-operation of No.4 main transformer which connected with the same bus.The transformer differential protection mal-operation caused by current transformer saturation was analyzed in detail combined with fault report.Improvement programs and precautionary measures were proposed to prevent similar incidents from happening again.

transformer differential protection；current transformer saturation；protection mal-operation

TM774

B

1007－9904（2016）12－0042－04

2016-06-07

谭雨珍（1984），女，工程师，从事继电保护检修工作；

程本良（1983），男，工程师，从事电力系统设计工作；

孙世磊（1976），男，工程师，从事继电保护检修工作；

李晓（1972），男，工程师，从事继电保护检修工作。