某变电站主变保护误动的原因分析

2019-12-25夏正华

通信电源技术 2019年12期

夏正华

（中天合创能源有限公司化工分公司，内蒙古鄂尔多斯 017399）

1 主变保护误动情况

某110 kV 变电站某条10 kV 线路发生接地故障，过流Ⅰ段保护动作后，重合闸失败。配网运维人员检查线路后，对该线路进行试送。试送后该10 kV 线路保护装置过流Ⅰ段保护再次动作跳闸，19 ms 后#2 主变差动保护动作，#2 主变高压侧、低压侧开关跳开，造成该110 kV 变电站10 kV Ⅱ母失压[1]。

2 事故调查及处理

事故发生后，对#2 主变差动保护、该10 kV 线路保护装置的动作报文以及监控后台的信号进行检查。#2 主变保护装置的跳闸灯亮，装置报文描述为主差动速断保护动作，故障相位A 相，瞬时差动电流二次值为20.91 A。10 kV 线路保护装置跳闸灯、重合闸灯亮，装置报文描述为过流Ⅰ段保护动作、重合闸动作、过流加速动作。监控后台的信号与保护装置报文一致。

现场检查#2 主变本体，变压器本体油温及绕组温度无异常，其套管油位和油枕的油位无异常，没有出现渗漏油情况。对#2 主变本体油样进行化验，试验数据没有发现异常。检查#2 主变瓦斯继电器，继电器内无气体。#2 主变绕组变形试验、励磁特性试验也没有发现异常。检查#2 主变差动保护二次电流回路绝缘以及二次负载，结果均正常[2]。

查看监控后台SOE 报文记录，15 时35 分34 秒066 毫秒10 kV 线路保护过流Ⅰ段动作，15 时35 分34秒118 毫秒该10 kV 开关分位；15 时35 分34 秒085毫秒#2 主变差动速断保护动作，15 时35 分34 秒129毫秒低压侧开关分位。从SOE 记录的时间可以发现，当接地故障发生时，10 kV 线路保护过流Ⅰ段动作后，在该10 kV 开关还没有断弧、处于分位之前，#2 主变差动速断保护动作，将变压器两侧开关跳开。

3 故障录波分析

3.1 #2 主变高压侧故障录波分析

#2 主变高压侧故障录波的电流波形如图1 所示。

图1 #2 主变高压侧故障录波的电流波形

从图1 可以看出，发生故障时，#2 主变高压侧各相电流的波形，都明显偏向时间轴的一侧，表明故障电流的直流分量较大。A、C 两相的电流幅值大于B 相电流幅值，但是故障电流波形并没有产生畸变，表明高压侧CT 的铁芯没有发生饱和，具有较好的传变性。

3.2 #2 主变低压侧故障录波分析

#2 主变高压侧故障录波的电流波形如图2 所示。

在第一周波的前半个周波，#2 主变低压侧的A、C 相电流波形明显偏离时间轴的一侧，故障电流具有较大的直流分量，但电流波形未出现畸变，表明A、C两相在接地故障发生的初始时刻后未马上饱和。但从第二个周波开始，电流波形出现明显的畸变，说明第二个周波后#2 主变低压侧CT 出现饱和。一侧的峰值附近饱和畸变最为严重，而在电流波形另一侧峰值附近退出饱和，时间大概在1/4 个周波。

图2 #2 主变低压侧故障录波的电流波形

3.3 #2 主变差动电流波形分析

#2 主变差动电流波形如图3 所示。

图3 #2 主变差动电流波形

从#2 主变差动电流波形可以看出，在34 秒075毫秒，#2 主变A 相差动电流基波的幅值为13.834 A；在34 秒085 毫秒，#2 主变A 相差动电流基波的幅值为15.779 A。在此10 ms 内，差动电流的幅值逐渐增大，即#2 主变A 相差动电流值大于差动速断定值（13.8 A），并且持续时间长达10 ms。根据#2 主变差动保护装置说明书，当差动电流采样值超过差动速断定值并持续10 ms 后，差动速断保护动作出口。

3.4 #2 主变低压侧谐波电流分析

故障发生后第一个周波的前半个周波，低压侧直流分量出现最大值，其中A 相的直流分量最大，在高直流分量下#2 主变低压侧的CT 非常容易饱和。从第二个周波开始，#2 主变低压侧CT 出现深度饱和，电流谐波远大于正常值。其中二次谐波出现最大值时，#2主变差动速断保护动作出口。可见，本次主变保护误动事故的原因在于当10 kV 线路故障电流还没有完全隔断时，#2 主变低压侧CT 出现了暂态饱和，低压侧波形发生畸变。#2 主变低压侧CT 的二次电流无法准确反应一次电流，从而导致差动电流达到了20.91 A，大于差动速断定值的13.8 A，且持续时间超过10 ms，达到了差动速断动作条件。为防止主变差动保护误动作，一方面，需避免差动保护用的CT 绕组出现暂态饱和；另一方面，需让主变差动保护装置能够判断出CT 是否出现饱和。

4 预防措施

4.1 提升CT 保护级绕组的稳态性能

对于110 kV 电压等级的CT，在其选型过程中重点考虑的是稳态性能。在验算CT 保护级绕组的稳态性能时，如果系统容量增大或者准确限值系数不足时，需进行补充验算[3]。一般CT 额定二次极限电动势需大于保护校验要求的二次感应电动势。如果忽略二次绕组内阻，可理解为CT 的额定二次负载容量需大于实际二次负载容量。如果在提高准确限值一次电流后，CT 出现了局部饱和，则不能简单采用这个方法，还需要根据CT 出厂报告的误差曲线，测量CT 实际的二次负载值，然后再查阅实际准确限值系数。若CT 的稳态性能不满足现场需求，则可降低二次负载的容量或是降低二次负载，以提升CT 稳态性和暂态抗饱和能力。

这个案例中，#2 主变低压侧CT 的额定二次容量为20 VA，准确级为10P20，能够满足性能验算要求。为提高#2 主变低压侧CT 抗饱和性能，可以在CT 的二次侧并接同一型号的电缆。

4.2 采用TPY 级或PR 级CT

TPY 级CT 的铁芯存在气隙，会极大地提高磁阻，在同等电势下铁芯磁通明显减少，因此很难发生暂态饱和。但是，这种CT 价格昂贵，不适用于大规模采用，一般只用于重要的220 kV 线路或500 kV 线路。

而PR 型CT 是一种能够限制剩磁系数的电流互感器。它的铁芯内具有小气隙，铁芯剩磁系数小于10%，同时其重量及外形尺寸、复合误差等均和普通的P级CT相似。虽然PR型CT的价格比普通P级CT略高，但相对TPY 级CT 还是很优惠。因此，可以使用PR级CT 代替普通的P 级CT[4]。

4.3 采用具有抗饱和能力的保护装置

主变保护装置可通过校验CT 是否饱和来避免当变压器区外发生故障时，变压器各侧CT 出现饱和，导致主变差动保护误动作的情况。从铁磁元件的“B-H曲线”可知，在变压器区外发生故障的起始阶段以及一次电流过零点附近，CT 有一段线性传变区。当变压器区外故障导致CT 进入饱和状态的过程中，变压器保护的差动电流波形是间断的。变压器区外发生故障后，如果发现变压器差动电流存在间断角，则闭锁变压器差动保护，以防止区外故障时差动保护误动。同时，也可采用工频量差动速断保护[5]。