某110kV变电站主变差动保护动作的原因分析

吴晨媛 陆文钦

摘要：针对某110 kV变电站主变开关跳闸事件，本文分析判断该开关两侧及上级相关保护动作行为的合理性，给出了故障原因，并成功消缺，最后提出防范及改进措施。

关键词：变电站;短路;主变差动保护

中图分类号：TM77     文献标识码：A       文章编号：1003-5168（2021）27-0086-03

Abstract： In view of a 110 kV substation main transformer switch tripping event，this paper analyzes the relevant protection actions on both sides of the switch and the upper level， and judges its rationality. On this basis， an analysis of the cause of the failure is given and the defect is successfully eliminated， and finally preventive and improvement measures are put forward to avoid the recurrence of similar incidents.

Keywords： substation; short circuit; main transformer differential protection

1 事故概況

事故发生前，某变电站711开关（110 kV侧某出线开关）、700开关（1号主变110 kV侧开关）为运行状态，712开关（110 kV侧某出线开关）为热备用状态，10 kV母线分列运行。站内主变差动保护装置型号为南瑞继保RCS-9671B。

10月23日14：36分，1号主变差动速断、比率差动保护动作跳711、700及101开关（1号主变10 kV侧开关），110 kV备自投经延时动作合712开关（正确动作），因该站10 kV侧没有自投装置，所以10 kV母线失压[1]，而后监控合10 kV母线分段100开关，恢复送电。

随即，运行及检修人员赶到现场对有关一、二次设备进行检查。现场对1号主变差动保护装置查看发现，装置内部的事件记录如表1所示。由以往工作经验可知：

①变压器保护根据容量大小有所不同。大型电力变压器的主保护有机变大差动、差动、瓦斯、速断等，后备保护有过负荷等，还有油温高报警等。可见差动是变压器的主保护之一。

②变压器差动保护是专用于变压器的差动保护，一般为速断，也可以根据要求设置延时或报警，而差动速断保护不仅用于变压器，也可以用于电缆两端以及其他用电设备的差动保护上。

③一般情况下，比率制动原理的差动保护能作为电力变压器主保护，但是在严重内部故障时，短路电流很大的情况下，严重饱和使交流暂态传变严重恶化，它的二次侧基波电流为零，高次谐波分量增大，反应二次谐波的判据误将比率制动原理的差动保护闭锁，无法反映区内短路故障。

④差动速断电流是指电气设备进线端与出线端的电流差达到使相应设备做出断电动作的电流值，一般为综合计保里的参数设置项之一，是一种差动保护。由于变压器在空载合闸时会产生励磁涌流的特有规律，造成各侧电流不平衡，一般涌流达到变压器额定电流的几倍，即不平衡电流可能为变压器额定电流的几倍，在差动保护中就需要考虑去掉涌流的影响。差动速断是采用提高整定值来躲涌流，一般整定为4～8倍变压器额定电流，不再采取其余判断涌流的措施。变压器差动电流速断保护采用三相差动电流中任一相大于差动电流速断定值时，瞬时动作出口，它不受任何闭锁条件约束，快速切除变压器区内发生的严重故障。根据微机保护的特点，该保护判据采用可变数据窗的两种算法实现。一种用于保护启动后初始阶段的快速判断，加快出口动作速度;另一种计算准确，可以在启动一个周波后随时瞬动出口。整体效果类似“反时限”的性能。保护判据为：Idz ≥ ISD，Idz为动作电流、ISD为差动电流速断定值。

⑤1号主变装置上面显示：差动速断动作A相和C相 ，动作电流为12.93Ie，Ie—额定电流;比率差动动作A相和C相，动作电流为14.93Ie。1号主变差动保护录波图中，波形图显示的是差动转换前的最原始电流，由现场装置可以看出，只有主变高压侧711开关电流互感器的A相有故障电流，700开关和101开关的电流互感器均没有故障电流。

2 现场情况检查

现场1号主变高后备保护和低后备保护均没有启动和动作信息。因此判断点在1号主变的高压侧。

班组人员根据主变差动保护的动作原理进一步分析，采用微机保护可以使各种保护取用电流实现“信息共享”，用一个电流信号就可以为差动、过电流等保护提供信号来源，使电流互感器的数量大大减小、互感器二次负荷大大减轻，并有利于减小差动保护的不平衡电流。

对于传统的模拟式或电子式继电器，电流的向量和是通过将相关电流互感器的二次线在继电器外部连接起来而获得的，如果电流互感器变比不匹配，往往要采用辅助电流互感器来进行补偿。微机保护则可以很方便地由软件实现电流互感器二次电流的相位变换和数值修正，所以对于Y/△接线的变压器，各侧电流互感器均接成Y形，而且通过输入变压器分接头位置，能动态补偿由于变压器有载调压引起的TA变比不匹配。

三相变压器高、低压侧（有时还有中压侧）绕组接线方式（即连接组别）通常不同，例如常见的主变压器具有高、低压双侧绕组，采用Yd11形接线方式，因此变压器两侧同名相电流的相位不一致。在正常运行工况下，变压器三角形侧的线电流比星形侧对应的线电流超前30°。

另一方面因变压器变比K的影响，高、低压侧额定电流也不相同。为了保证在变压器差动保护的二次回路中，代表原、副边电流的幅值与相位基本一致，在选取电流互感器的二次接线方式与引变比时需考虑进行相位与幅值校正。本站变压器采用Yd11接线双绕组变压器原、副边电流互感器二次侧的接法，变压器星形侧的电流互感器副边采用三角形接线，而变压器三角形侧的电流互感器副边采用星形接线，这样变压器两侧电流互感器二次回路同名相电流分别与其相位一致，实现了相位校正。

由于变压器高压侧（星形侧）电流互感器副边采用三角形接线，使差动保护输入电流较之每相电流互感器副边电流幅值扩大[3]倍，因此该侧电流互感器变比的选择也需要在副方按额定电流考虑的基础上相应地扩大[3]倍（幅值校正），以保证正常运行时输入差动保护的电流为额定电流。

随即在110 kV场地上发现，1号主变高压侧7011闸刀靠主变侧A相桩头及其瓷瓶有对地放电的痕迹，现场地面有被烧黑的漂浮物，其他相别未发现有故障。对侧220 kV延时变也是距离保护动作A相故障，故判断故障点在此。现场故障点照片如图1和图2所示。

因南瑞继保RCS-9671B的差动保护装置采用高压侧转角的方式来平衡[2]，与A相有关联的是A、C两相，一次故障相别与装置计算一致[3]，因此差动保护正确动作。

110 kV自投在故障前运行第一种运行方式，1号主变差动保护动作，自投判700开关跳开后合712开关，因此自投正确动作。

3 结语

110 kV某变电站1号主变差动保护动作的故障原因为1号主变高压侧7011闸刀靠主变侧A相桩头对地放电。针对以上事故案例分析，在今后变电站运行維护工作中应做到以下三点，以避免事故的再次发生。

①101开关限时电流速断保护出口同时经过“限时电流速断保护投退”控制字、“限时电流速断出口” 矩阵、“限时电流速断遥控”压板三者共同控制，三者呈“与”门关系。仅当控制字、出口矩阵、遥控软压板三者同时使能，限时电流速断保护才能正确出口。101开关保护定值单只出具了控制字定值，而出口矩阵和遥控压板未体现在定值单中，成为工程验收时容易忽略的点。

②现场应加强巡视，及时发现绝缘件损坏故障，避免绝缘老化、绝缘距离减小引起的放电或击穿现象。变电站改造期间，未进行全套保护功能校验以及工程验收不仔细是导致本次事故的根本原因。基建过程中，应重点加强对母线绝缘薄弱环节的施工，由于母线发生故障处，分段开关平时均分裂运行，无电流流过，致使密封的开关柜内湿度过大，不能通过适当的运行发热降低柜内湿度，该处绝缘相对较低;同时运维检修人员应加强对重点部位的巡检力度，并根据实际情况，采取必要措施，防止此类事故再次发生。

③加强设备运维检修，定期组织开展超声波局部放电检测、暂态地电压检测，及早发现设备安全隐患[4-5]。建议开展专项排查工作，对全部相关类型保护装置的定值、控制字、出口矩阵、遥控软压板进行检查，杜绝类似问题再次发生。建议完善定值单系统，把可能对保护功能产生影响的条目和参数添加到定值单中。建议规范基建、技改、检修部门保护校验的标准化作业，规范新装置首检、旧装置定期校验的作业流程。强化运维部门验收流程，把好设备投运前最后一关。

参考文献：

[1] 王芳，陈晨.浅谈备自投装置[J].科技与创新，2018（22）：78-79.

[2] 赵训君.变压器差动保护的研究与改进[D].北京：华北电力大学，2014.

[3] 田新成.110 kV变电站主变保护改造问题分析[J].电工技术，2011（7）：27-28，43.

[4] 王鹏，刘玉婷，邹阳，等.TEV和超声波检测法在开关柜局部放电检测中的应用评述[J].高压电器，2020（10）：75-83.

[5] 谭志勇，魏略，夏锐，等.一起110 kV电压互感器超声波局部放电检测异常分析[J].变压器，2019（6）：76-79.