110kV主变比率差动保护误动原因分析及处理

易吉林

（贵州省水利投资（集团）有限责任公司,贵州 贵阳 550000）

随着我国电力事业的不断向前发展,在日常供电工作过程中,变压器差动保护以变压器各侧电流工作的大小和方向作为主要的判断工作依据,实现对反应变压器内外部故障的快速防护,充分保证变压器运行的安全性,保证变电站的供电工作正常进行。但是就目前供电管理工作,尤其是部分水电站的日常供电管理工作而言,并没有对变压器的差动保护引起足够重视,在一定程度上影响了供电工作的稳定性和协调性,需要对其进行有效解决,以保证变压器的高效、稳定运行,提高供电效率。

1 事前运行方式

事前某水电站中的1#、2#、5#机组实现并网发电运行和工作,带负荷142.5 MW。1#机组经过1#主变、5#机组经过4#主变升压之后并联直接输送到110 kVⅠ回线路当中,2#机组经过2#主变升压直接输送到110 kVⅡ回线路[1],110 kV母线分段工作（母联110 断路器处于分闸工作位置）。

2 事件主设备情况

该电站#1主变保护使用北京四方继保自动化股份有限公司生产的CSC-316 M型数字式变压器防护装置,事件主设备见表1、比率差动保护定值见表2。

表1 事件主设备情况

表2 比率差动保护定值

3 主变比率差动保护动作简述

2020年8月8日下午5∶00整,值班工作人员在工作过程中发现电站出现主变比率差动保护误动,值班人员随即根据操作规章制度和技术要求对电站各供电设备进行了排查,在排查中发现,电站出现主变比率差动保护动作,跳开110 kVI回线线路101 断路器,同时断开1#发电机组出口021 的断路器,1#机组从系统当中解列停机,5#机组报失磁保护动作,5#机组从系统当中解列停机,随后值班人员按照规章制度上报问题。

4 检查情况

在本次事件产生后值班工作人员,现场检查1#主变保护工作装置,发现：A、B、C三项比率差动保护动作,动作时间分别为106 ms、112 ms以及118 ms。

5 动作情况分析

通过图2图像分析可以看出,在19时04分01秒628 ms,从110 kVI段母线的零序电压上可以看到系统出现一个小型的扰动情况,并且从110 kVI回线线路的电流可以看出,B相的电流量有所降低,并且此扰动造成1#主变差动保护启动,观察1#、2#发电机组电流均不存在明显的变化情况。

从电流电压量变化来看,保护启动90 ms后,从110 kVI回线路三相电流量明显上升,有效值从故障之前的0.3 A大小上升到了0.47 A,而110 kV母线电压从产生故障之前的62 V,下降到了54 V左右；从电流和电压的对应关系来看,在故障产生之前I回线路当中的电压和电流相位角基本同相,线路送纯有功（此次三台机组无功很小,功率因素趋近于1）,而保护跳闸时该电流的超前电压相角在45°左右,该电站110 kVI回线路针对系统处于进相工作状态,说明有机组失磁进相运行；5#机组为工程发生设计变更实施以机代阀泄放生态流量增设,设计未考虑未将5#机组110 kV高压侧电流引入到1#主变压器的CSC-316 M差动保护装置当中,因此5#机组110 kV高压侧电流突变,极可能引起1#主变比率差动保护动作,另外5#机组失磁保护动作延时时间为0.5 s,大于主变保护比率差动保护动作时间,结合5#机组报失磁保护动作停机的情况,怀疑5#机组失磁导致1# 主变比率差动保护误动。

6 推论演算

6.1 计算有功功率

由于故障前110 kV梭寨I回线的电流和电压同相,线路送纯有功,设该电流对应的电磁功率就是平寨电站1#机和5#机的有功功率之和。根据当时的电压和电流值可计算有功功率为：

这与1#机68 MW和5#机6.4 MW的功率总和74.4 MW是接近的。

6.2 计算视在功率

根据故障时110 kVI母线电压以及110 kV梭寨I回线路的电流,可计算出当时线路的视在功率为：

6.3 计算进相无功

由此可计算#5机失磁时的进相无功为：

6.4 计算线路功率因数及电流电压相角差

此功率对应110 kV输出I回线路潮流的功率因数为：

对应电流电压相角差为φ= arccos0.733=42.86°。

6.5 计算#1主变的差流

该进相无功基本上对应1#主变的差流,其电流值为：

演算结论和现场实际相符,该起保护误动由5#机组失磁导致。正常运行情况下,由于5#机功率不大,额定工况下在主变差动回路产生差流仅为30 mA,不会引起差动保护异常。而此次事件中,当5#机组失磁之后,无功电流使1#主变的差动电流超过差动保护门槛0.14 A,致使保护误动。由于5#机组失磁保护动作延时时间为0.5 s,因此造成主变比率差动保护动作后,5# 机组才报失磁保护动作停机现象,上述判断经过调度中心及电科院专家现场调查复核。

7 暴露的问题

在整个供电系统中,5#机组并非项目施工原有机组,而是在工程开展过程中,为了满足工程建设以及后期整个供电系统的运行需求,临时通过专家会审和设计变更而增设的机组,该机组实施以机代阀泄放生态流量,与年初才正式投入运行。5#机组装机6400 kW,在设计变更中,由于机组的设计单位并没有将4#主变高压侧103 断路器设备电流引入到1#主变压器的CSC-316 M保护装置中,也没有考虑将1#主变保护器和103 断路器回路之间进行衔接,最终导致整个机组安装完成之后出现了保护误动,存在设计隐患。

8 整改措施

为有效解决该设计缺陷问题,解决机组主变比率差动保护误动,确保整个供电系统的高效、稳定运行,提高供电效率,业主单位在通过检修排查发现问题后,第一时间联系了机组的设计单位,并要求设计单位派遣专家技术人员到现场进行复核,充分明确问题所在,然后根据之前的设计图纸和变更图纸,针对保护误动问题进行了深化设计。在深化设计中,将4#主变高压侧103 断路器TA电流接入1#主变压器CSC-316 M差动保护装置,引入1#主变保护动作联跳4#主变高压侧103 断路器跳闸回路,并对其他相应细节进行了细化,杜绝问题的二次发生。

9 整改效果

1#主变与4#主变衔接部分未引入TA电流和跳闸回路按照设计图纸完成整改工作后,开展试验验证如下。

1）对差动保护装置各侧TA回路进行加量,装置各侧TA回路采样正确；

2）验证平衡系数,高压侧平衡系数是1,在高压侧加三相1A电流,差流为1 A,高压3 侧平衡系数是0.833,在高压3侧加三相0.833 A电流,差流为0.833 A,低压1侧平衡系数是0.473,在低压1 侧加三相1 A电流,差流为0.473 A,各侧平衡系数正确。

3）投入差动保护投退硬压板,合上4#主变高压则103断路器,110 kV梭寨I回101 断路器,分别在高压侧、高压3侧、低压1 侧加单侧电流,使之差动保护动作,投入跳主开关硬压板,110 kV梭寨I回101 断路器跳闸,投入联跳4#主变高压侧硬压板,4#主变高压侧103断路器跳闸,用相同的方法验证高后备保护动作后能可靠跳开110 kV梭寨I回101、4#主变高压侧103 断路器,保护跳闸出口逻辑正确。

10 结语

电站供电的稳定性和安全性关系到千家万户,因此,在电站的日常供电管理工作中,必须要对各类供电问题进行检查,确保继电保护的正确性,避免保护误动是广大继电保护工作者的职责和使命。而在整个供电系统中,继电保护误动作的情况千差万别,是多种因素的结合和巧合,这就需要工作人员保持认真严谨的工作态度,只有在工作中善于分析,不断地总结和提高,严格执行各种规范,不折不扣落实反措的要求,才能把继电保护的误动作降到最低。