鲁西换流站10 kV#6站用电差动保护动作分析与处理措施研究

刘思远

（中国南方电网超高压输电公司天生桥局，贵州黔西南562400）

1 故障简述及分析

2016-05-13，鲁西换流站常规直流单元380/220 V站用电系统10 kV#5站用变带405M运行，10 kV#6站用变带406M运行，456DL母联开关分位。

16：04，鲁西换流站10 kV#6站用电保护动作，跳开023DL、46DL开关；405M、406M备自投动作，合上456DL母联开关，10 kV#5站用变带405M、406M运行，相关负荷支路恢复正常供电。

2016-05-13T16：04：08.560，鲁西换流站10 kV#6站用电保护动作，380 V 406M负荷转由10 kV#5站用电供电。

故障前，鲁西换流站10 kV#5站用变带405运行，10 kV#6站用变带406M运行，运行功率约为230 kW。

故障后，对站内10 kV#6站用变本体及站用电保护、测量相关一/二次设备进行检查，未发现一、二次设备存在异常。

2 变压器纵差保护的重要性

变压器主要用来升高或降低电压，是电力系统中是不可或缺的十分重要的电气设备。因此，变压器故障将会对供电可靠性甚至电力系统的安全带来极其严重的影响。

变压器故障一般分为油箱外故障和油箱内故障，油箱内故障主要包括绕组相间短路、接地短路和匝间短路等，油箱外故障主要是套管和引出线发生的相间短路和接地短路。而变压器纵差保护能在变压器内部故障时正确动作。

3 鲁西站用电差动保护动作分析

3.1 比率差动动作原因分析

根据表1中PCS-9679D变压器比率差动保护动作原理可得，当Id＞0.2Ie、Id＞0.5（Ir-0.5Ig）+0.2（Ie是最小动作电流，Ig是拐点电流）时，差动电流Id、制动电流Ir在动作区域，比率差动保护动作，其动作曲线如图1所示。

从保护动作波形分析，16：04：08.486时，Idc=0.201Ie，差动保护整组启动；延时74 ms后，Idc增大至0.384Ie，C相比率差动正确动作。

3.2 A相比率差动未动作原因分析

在16：04：08.486时，Ida=0.173Ie，小于0.2Ie，在延时9.1 ms后达到0.202Ie，A相保护启动，延时未达到动作时间，C相已经动作，切除了故障电流，所以A相启动而没有动作。

表1 PCS-9679D变压器比率差动动作原理

图1 比率差动动作曲线

3.3 C相比率差动动作原因分析

（1）对C相电流的波形畸变进行分析。

从保护启动前C相电流波形及谐波分析可以看出，保护启动前C相电流正常；在16：04：08.486保护启动时刻，C相电流直流分量由-0.054 A增大至0.112 A，其含有率为23.16%，启动后直流分量不断增大，最大时为0.24 A，含有率为57.2%。正弦波形叠加直流分量的变化与故障波形的变化一致，均是往正半波偏移。

因此可以得出：由于负荷变化导致直流分量的产生，致使电流波形偏移，最终导致产生差流，比率差动保护动作。

（2）根据向量图分析。

分别对三次侧电流启动前、启动时和启动后的向量图进行分析，可以得出：在保护启动前，三次侧电流向量是对称分布的；保护启动时，三次侧电流C相逆时针方向偏移；启动后，三次侧C相电流与一次侧A相电流同相位，致使差动电流增大。

根据以上对C相比率差动动作原因的分析，得出比率差动保护动作的直接原因是负荷的突然变化。

10 kV#6站用变低压侧主要负荷分布为：常规阀厅空调（150 kW）、常规阀冷系统机组（200 kW）；经现场排查发现，故障跳闸时常规阀厅空调为稳定运行，常规阀冷系统机组正好处于主循环泵的启动过程。

主循环泵的启动过程有软启动和工频启动两种方式。主循环泵的启动电流最大值为1 746 A，其电流1 946 A（1 746+200）与故障前基波电流1 932 A（0.483×4 000）相差不多。

故障过程中，基波电流也逐渐降低，与主循环泵启动过程电流衰减趋势一致。主循环泵主回路中含有变频器，由变频器工作原理可知，变频器交流输出极大可能含有直流分量，如果负载为半波整流或可控硅整流等造成正、负半周不对称，就一定会有直流分量的存在。

4 故障处理措施

通过上述故障分析得知，常规阀冷系统主循环泵启动时会产生直流电流，致使电流波形偏移，比率差动保护动作。为此，制定了以下故障处理措施：

（1）重新核查和调整变频器参数。对主循环泵的主电源回路进行检查，在厂家指导下，对变频器参数进行核查和设置，并增设直流偏置抑制措施。

（2）变压器保护差动启动电流定值调整至0.5Ie，防止变频器直流偏置带来的变压器差动保护误动。

（3）对10 kV#6变压器进行预防性试验，确保其运行可靠性。对其直流电阻、短路阻抗、绝缘电阻、吸收比和变比进行测量，并将测量结果和往年试验结果比较，同时，进行交流耐压试验，确定变压器绝缘能力等是否被破坏。

5 结论

（1）根据故障时各相波形分析，当C相差流出现时，变压器高低压侧电压波形平稳，未发生突变现象，可以排除区内故障的可能。故障后对变压器进行的相关试验数据表明，变压器本体正常。由以上分析可得，C相比率差动动作原因是由于常规阀冷系统主循环泵的启动，导致负荷突然增加的主循环泵中的变频器产生直流分量，造成电流波形偏移，最终出现差流，比率差动动作。

（2）引起站用变差动保护动作的原因是低压侧负荷的突然增加，虽然没有引起变压器主变差动保护和瓦斯保护等变压器内部故障的主保护，其保护也正常动作，但仅因为主循环泵的启动而导致C相比率差动动作，问题虽不严重却值得重视。对变压器相关保护定值需进行修改，以免此类故障再次发生。

（3）在日常工作中，值班人员大多不会对异常和故障情况进行预测，等故障发生了，才开始慢慢找故障原因、解决办法和处理措施，以至于每次故障发生后分析时间都较长。专业人员应对故障发生的各种情况进行模拟演示，找出原因，分析结果，并得出相应处理措施，提前做好预防工作。更重要的是，对主要设备容易出现的各种故障类型进行重点分析，可以利用相关算法得出结论与处理方法，使其自动化程度加强。

[1]朱声石.高压电网继电保护原理与技术[M].2版.北京：中国电力出版社，1995.

[2]张保会，尹项根.电力系统继电保护[M].2版.北京：中国电力出版社，2010.