京包线牵引变电所差动保护误动常见故障分析

王永庆，秦士杰

京包线牵引变电所差动保护误动常见故障分析

王永庆，秦士杰

针对京包线牵引变电所差动保护在运行中发生的几起典型误动作故障，通过深入分析，最终找出各种故障的原因，提出了在今后的运行中应采取的可靠措施。

牵引变电所；差动保护；误动作；分析；措施

0 引言

差动保护是牵引变电所主变压器的主保护之一，其可靠性对主变压器安全运行和系统供电可靠起着极为重要的作用。但差动保护误动作故障在供电系统运行中时有发生，为消除该类误动故障，减少对变电所运行的影响，下面以呼和浩特供电维管段管内京包线近几年发生的4起典型故障为例进行分析和探讨。

京包线牵引变电所主变压器采用三相v/v接线形式，主变压器差动保护装置具有比率制动特性，带2次谐波制动特性和差动电流速断特性。4起典型的差动保护误动作，其原因分别是：两侧电流互感器极性接反、电流互感器二次线圈准确级不匹配、高压侧断路器三相不同期分闸、牵引变压器高低压侧相位不对应，下文将具体分析。

1 两侧电流互感器极性接反

两侧电流互感器极性接反是造成差动保护误动作的主要原因之一，关键取决于以下2个方面：（1）保护装置差动电流的计算方法；（2）变压器的接线形式。

1.1 现象

2009年05月08日09时38分，白彦花变电所1#主变差动保护跳闸，跳闸信息：IA= 0.00 A、IB= 0.09 A、IC= 0.08 A，Iα= 0.00 A，Iβ= 0.21 A，启动电流为0.17 A，出口电流为0.17 A。其中，α相、β相差动保护整定值均为0.17 A，平衡系数定值2.4，采用交大许继保护装置。

1.2 原因分析

交大许继保护装置差动电流的计算方法为取两侧二次电流平衡后的向量差。查阅竣工图纸可知，主变以VV0接线形式考虑，两侧电流互感器需采用减极性接线形式；检查电流互感器实际二次接线与竣工图纸相符。但检查主变的实际接线形式为VV6，与设计不符。因此，将主变低压侧α相、β相电流互感器以加极性的形式接入保护装置后，设备运行恢复正常。

1.3 防范措施

针对该情况可采取以下防范措施：一是采用操作简单、准确性高的试验方法，如六角图法。二是增强检修维护人员的业务技能，对能够引起差动保护误动作的极性问题进行综合分析试验，避免人为原因造成差动保护误动作。

2 电流互感器二次线圈准确级不匹配

用于差动保护的电流互感器一般采用TP类或者P类，TP类线圈要求在稳态和暂态的情况下都不饱和，P类要求在稳态情况下不饱和，均能够正确反映故障时的一次电流值。但是，若采用其他类的电流互感器，就很容易造成差动保护误动作。如采用准确级为0.5的电流互感器，在超过额定电流一定倍数情况下，会使测量数据出现较大的误差，导致保护装置出现不平衡电流，从而造成差动保护误动作。

2.1 现象

2014年06月25日02时44分，呼东变电所2#主变差动保护跳闸。跳闸信息：IA= 0.01 A、IB= 11.56 A、IC= 11.59 A，Ia= 0.01 A，Ib= 10.73 A，启动电流为7.77 A，出口电流为7.77 A。其中，a相、b相差动保护整定值分别为0.91 A、1.14 A，平衡系数定值1，采用国电南自保护装置。

2.2 原因分析

通过对报文数据分析，2#主变因B相差流超过定值引起差动跳闸。且跳闸时刻主变高低压侧B相电流值均较大，说明有差动保护区段外的短路故障发生。后对各馈线保护装置负荷统计检查发现：2014年06月25日02时44分01秒，最大电流为4 855 A，最小电压为3 459 V；充分证明该大电流为214DL馈线近端出现瞬时短路故障引起。

检查主变低压侧202ADL、202BDL电流互感器二次线圈的准确级发现，用于差动保护的二次线圈准确级为0.5，与竣工图纸中规定的10P10不符。在差动保护区段外负荷侧出现较大短路电流的情况下，二次线圈严重饱和，造成测量数据误差较大，使高低压侧出现较大的不平衡电流；另外，由于馈线电流速断和距离保护主保护时限均为0.1 s，而差动保护时限为0 s，在同时达到保护动作值的情况下，由于差动保护时限短，故出现差动保护越级跳闸情况。

2.3 防范措施

存在该类问题，一般在设备运行多年后才会被发现。因为用准确级为0.5的电流互感器检测短路电流，只有短路电流达到一定的数值后才会出现较大误差。调阅呼东变电所馈线跳闸报告，在以往的跳闸数据中最大短路电流为3 824 A，并未引起主变差动保护误动作，而本次最大短路电流为4 855 A，Ib电流曲线明显为非正弦波，最终导致差动保护误动作。

发生该类问题主要是中标设备与设计图纸要求不符所致。所以，在交接试验中，试验人员不仅要检查二次接线正确性，还要认真核对设备各项特性，确保与设计要求相符，避免类似情况的发生。

3 高压侧断路器三相不同期分闸

主变高压侧断路器三相分闸时不同期，会使电力系统中性点位移，在最先跳闸相产生高电压；并且，该相电压瞬间升高时产生较大的励磁涌流，该励磁涌流只存在于变压器一次侧，且主要为3次、5次谐波，由于差动保护只投入二次谐波闭锁，从而引起差动保护动作。

3.1 现象

2010年10月21日18时40分，红砂坝变电所2#主变差动保护跳闸。跳闸信息：IA= 0.98 A、IB= 0.01 A、IC= 0.98 A，Ia= 0.02 A，Ib= 0.02 A，启动电流为0.99 A，出口电流为0.99 A。其中，a相、b相差动保护整定值均为0.76 A，平衡系数定值0.52，采用天津凯发保护装置。

3.2 原因分析

通过故障现象分析，差动保护动作发生在进线断路器101DL失压跳闸瞬间；并且主变高压侧A相、C相电流值较小，故可排除是一次设备短路故障引起。从进线101DL失压跳闸报文分析，在该开关跳闸过程中，A、B、C三相严重不同期，相差850 ms（说明书中要求分闸同期性不大于3 ms），101DLA相最早跳闸。

对失压跳闸回路检查，发现进线101DL失压跳闸回路中时间继电器为手调继电器，由于该断路器为三极组成，共有2个时间继电器控制失压跳闸回路，因时间定值精度较低，失压跳闸时造成进线101DL三相不同期引起主变差动保护动作（图1）。

图1 失压跳闸回路图

3.3 防范措施

通过上述分析，建议保护装置厂家对进线断路器失压跳闸二次回路进行改线，将三相跳闸回路通过同一个时间继电器的同一节点来实现失压跳闸，从而保证分闸的同期性（图2）。

图2 修改后的失压跳闸回路图

4 牵引变压器高低压侧相位不对应

在牵引变电所主接线中，由于多种因素影响，存在主变高低压侧相位不对应的情况（图3）；即变压器高压侧的A相对应低压侧b相，高压侧的B相对应低压侧的a相。若在差动保护二次接线中，未充分考虑该情况，容易造成二次接线错误，引起差动保护误动作。

图3 三相VV0接线变压器端子及接线示意图

4.1 现象

2009年06月01日09时44分，红砂坝变电所2#主变差动保护跳闸。跳闸信息：IA= 0.01 A、IB= 0.77 A、IC= 0.77 A，Ia= 1.48 A，Ib= 0.00 A，启动电流为0.77 A，出口电流为0.77 A。其中，a相、b相差动保护整定值均为0.76 A，平衡系数定值0.52，采用天津凯发保护装置。

4.2 原因分析

通过对报文数据分析，2#主变因A相、B相差动电流均超过定值引起差动跳闸。其中，主变高压侧B相电流值为0.77 A，按照平衡系数计算，低压侧b相二次电流值应为1.48 A，但实际低压侧b相二次电流值为0；主变低压侧a相电流值为1.48 A，按照平衡系数计算，高压侧A相二次电流值应为0.77 A，但实际高压侧A相二次电流值为0.01 A；另外，由于高低压侧的电流值均不大，为正常负荷电流。因此，初步推断有2种可能：一是主变高压侧的A相与主变低压侧的b相电流互感器二次线存在断线情况；二是主变高低压侧的相位不对应。

经过对主变高压侧的A相与主变低压侧的b相电流互感器二次线进行检查，发现二次回路良好，不存在断线情况；同时，对电流互感器二次线引入保护装置的情况进行检查，并不存在接线错误情况。随后，对主变接线形式进行检查发现，主变高低压侧的相位不对应。随后，对接入差动保护装置的主变低压侧a相、b相电流互感器二次线整体调换后，设备运行恢复正常。

4.3 防范措施

一般情况下，试验人员存在惯性思维，想当然认为主变高低压侧的相位肯定是对应的，忽略考虑这方面的问题，最终导致差动保护误动作。因此，试验人员要高度重视该类问题，在进行差动保护交接试验前，必须对主变高低压侧的相位进行认真校核。

5 结语

采取上述措施后，京包线各牵引变电所的差动保护再未发生过误动作的故障，保证了主变压器的平稳运行，大大提高了供电系统的可靠性。

[1] 乔卫东.继电保护（第六册）[M]. 北京：中国电力出版社，2007：299-310.

[2] 陈英涛. 继电保护与综合自动化系统[M]. 北京：化学工业出版社，2007：75-82.

[3] 杨玉菲. 电气化铁道供电系统[M]. 北京：中国铁道出版社，2007：15-28.

With regard to several typical miss operation errors occurred in traction substation differential protection on Beijing-Baotou railway line, on the basis of deep analysis, causes of various faults are found and reliable measures taken in future’s operation are put forward accordingly.

Traction substation; differential protection; miss operation; analysis; measures

U224.4

：B

：1007-936X(2016)03-0014-03

2015-12-29

王永庆. 中铁电化运管公司呼和浩特供电维管段，工程师，电话：13674840311；秦士杰. 中铁电化运管公司呼和浩特供电维管段。