鄧子偉

（南寧化工股份有限公司，廣西 南寧 530031）

數(shù)字式變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)分析及防范措施

鄧子偉

（南寧化工股份有限公司，廣西 南寧 530031）

通過對一起主變差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)原因的分析，介紹了HN-2042型數(shù)字式變壓器差動(dòng)保護(hù)電流相位校正和幅值平衡補(bǔ)償?shù)幕驹恚瑢φ`動(dòng)原因進(jìn)行了定性分析和定量計(jì)算，從技術(shù)和管理方面提出了防范措施。

數(shù)字式變壓器；差動(dòng)保護(hù)；相位校正；幅值平衡；平衡系數(shù)

差動(dòng)保護(hù)是電力變壓器的主保護(hù)，對保證變壓器安全運(yùn)行具有極其重要的作用。為提高差動(dòng)保護(hù)正確動(dòng)作率，除選好保護(hù)設(shè)備外，還需做好施工設(shè)計(jì)、整定計(jì)算、現(xiàn)場安裝調(diào)試等一系列技術(shù)和管理工作，如果這些工作稍有疏忽，就可能造成差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)或拒動(dòng)。

1 裝置概況

某所堿廠變電站采用2臺(tái)35kV三相雙繞組有載調(diào)壓油浸式降壓電力變壓器，額定容量為6300kVA，額定電壓為（36.5±3）×2.5%kV/10.5 kV，接線組別為Y，d11，變壓器額定電流為 99.7 A/346.4 A。1#、2# 主變的有關(guān)技術(shù)參數(shù)及計(jì)算數(shù)據(jù)見表1。

主變主保護(hù)采用HN-2042型數(shù)字式變壓器差動(dòng)保護(hù)裝置，保護(hù)功能的主要配置有：差動(dòng)速斷與比例差動(dòng)保護(hù)；CT斷線檢測與諧波制動(dòng)功能：故障錄波功能；可設(shè)置高、低壓側(cè)電流的額定值與變壓器接線方式， 支持變壓器 Y/△-11、Y/△-01、Y/Y-12 型接線方式。變壓器的接線組別和與之相對應(yīng)的接線方式設(shè)置值見表2。

HN-2042型主變差動(dòng)保護(hù)裝置保護(hù)定值表見表3。

2 事故過程及初步調(diào)查

該35 kV變電站于2010年10月建成，安裝調(diào)試完畢后，在空載及輕載運(yùn)行過程中，2臺(tái)主變均運(yùn)行正常，運(yùn)行方式為1#主變運(yùn)行、2#主變備用。在工廠動(dòng)力系統(tǒng)調(diào)試過程中，動(dòng)力負(fù)荷容量逐步增加，大于一定容量時(shí)，1#主變壓器發(fā)生差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作故障，兩側(cè)開關(guān)跳閘。在退出1#主變后，投入2#主變運(yùn)行，2#主變也發(fā)生同樣的故障。經(jīng)調(diào)出1#、2#主變差動(dòng)保護(hù)故障采樣報(bào)告，發(fā)現(xiàn)差動(dòng)電流值均為0.13 A，超過差動(dòng)保護(hù)整定最小動(dòng)作電流0.1A的定值。通過對現(xiàn)場運(yùn)行人員了解，在1#、2#主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳閘的時(shí)段，廠內(nèi)下級各變電所均無異常。根據(jù)現(xiàn)場檢查情況和對故障采樣報(bào)告的數(shù)值分析，考慮到1#、2#主變是新投運(yùn)的變壓器，初步判斷變壓器本身應(yīng)沒有問題，1#、2#主變差動(dòng)保護(hù)可能是繼電保護(hù)裝置誤動(dòng)作。

表2 變壓器接線組別和接線方式設(shè)置值對應(yīng)表

表3 主變差動(dòng)保護(hù)裝置保護(hù)定值表

3 事故診斷

故障發(fā)生后，對1#、2#主變本體及保護(hù)裝置進(jìn)行如下檢查。

（1）在瓦斯繼電器內(nèi)未發(fā)現(xiàn)明顯氣體。

（2）取主變本體油樣，進(jìn)行色譜分析，并與投運(yùn)前油樣相比較，無明顯變化。

（3）檢查油溫及冷卻器溫度，前后無明顯變化。

（4）進(jìn)行預(yù)試，絕緣電阻、吸收比、介質(zhì)損失因數(shù)、泄漏電流等均符合規(guī)程要求，同投運(yùn)驗(yàn)收數(shù)據(jù)相比較，無大的變化。

（5）對差動(dòng)保護(hù)用電流互感器做伏安特性試驗(yàn)，其10%誤差曲線滿足要求。

（6）差動(dòng)回路接線檢查，其差動(dòng)二次回路無斷線，開路，端子緊固，說明其接線完好，二次回路接線符合設(shè)計(jì)及繼電保護(hù)裝置的接線要求。

（7）復(fù)核繼電保護(hù)裝置保護(hù)定值，符合要求。

根據(jù)以上檢查分析，排除了變壓器本體故障引起主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，或主變差動(dòng)保護(hù)裝置二次回路接線錯(cuò)誤引起繼電保護(hù)裝置誤動(dòng)作的可能。

（8）對運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控時(shí)，發(fā)現(xiàn)高低壓側(cè)差電流在正常運(yùn)行情況下不能平衡，且差動(dòng)電流隨著變壓器負(fù)荷的增加而增大，當(dāng)變壓器高壓側(cè)一次電流為24 A時(shí)，二次電流為0.08 A，低壓側(cè)一次電流為83A時(shí)，二次電流為0.138A，此時(shí)差電流達(dá)0.04A。進(jìn)一步調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，因10 kV開關(guān)母線相序排列的影響，施工單位在施工中，將變壓器的低壓側(cè)出線a接10kV開關(guān)的c相，變壓器的低壓側(cè)出線c接10kV開關(guān)的a相，同時(shí)，將對主變高壓側(cè)進(jìn)線進(jìn)行調(diào)相，將A、C相對調(diào)，由此分析可能是因?yàn)橐淮谓泳€相序的變化，導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)裝置進(jìn)行相位校正有誤，從而導(dǎo)致主變差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。

4 HN-2042型數(shù)字式變壓器差動(dòng)保護(hù)電流相位校正和幅值平衡補(bǔ)償原理

HN-2042型數(shù)字式變壓器差動(dòng)保護(hù)裝置根據(jù)配置的參數(shù)能自動(dòng)適應(yīng)電流值的顯示以及調(diào)整CT斷線的判斷公式。裝置根據(jù)高、低壓側(cè)電流的額定值的比值與變壓器的接線方式，自動(dòng)調(diào)整低壓側(cè)電流的相位，將差電流與制動(dòng)電流全部折算成與高壓側(cè)電流同一等級，折算系數(shù)K=高壓側(cè)額定值/低壓側(cè)額定值 （INh/INl），差電流 Icd=|Ih+K×Il∠?|，制動(dòng)電流Ires=|Ih-K×Il∠?|/2。

式中，INh、INl分別為變壓器高壓側(cè)、低壓側(cè)二次額定電流；Ih、Il分別為變壓器高壓側(cè)、低壓側(cè)二次電流；∠?代表將低壓側(cè)電流相位調(diào)整成與高壓側(cè)電流相差 180°。

若某一模擬量的測量結(jié)果與期望值有偏差時(shí)可使用 “系數(shù)微調(diào)”功能進(jìn)行細(xì)微調(diào)整以達(dá)到精度要求，調(diào)整后結(jié)果=調(diào)整前結(jié)果×K （0.9≤K≤1.1），調(diào)整時(shí)，差電流與制動(dòng)電流同時(shí)變化。

在HN-2042型數(shù)字式變壓器差動(dòng)保護(hù)中，各側(cè)二次電流幅值的平衡補(bǔ)償也由軟件完成，保護(hù)裝置根據(jù)變壓器高、低壓側(cè)額定電流的二次電流值與變壓器的接線方式自動(dòng)進(jìn)行平衡系數(shù)的計(jì)算，通過軟件進(jìn)行Y/△轉(zhuǎn)換及電流幅值平衡系數(shù)調(diào)整。低壓側(cè)平衡系數(shù)的計(jì)算均以高壓側(cè)二次電流為基準(zhǔn)。

在進(jìn)行電流幅值平衡補(bǔ)償時(shí)，分別將高、低壓側(cè)二次相電流與相應(yīng)的平衡系數(shù)相乘。差動(dòng)電流的有關(guān)運(yùn)算都是在電流相位校正和幅值平衡補(bǔ)償后的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。

由式K=INh/INl和主變技術(shù)參數(shù)，可以求得：

K=（99.7/300）/（346.4/600）=0.576

若變壓器各側(cè)電流互感器均按照星形接線，K值由軟件自動(dòng)計(jì)算，就可以實(shí)現(xiàn)差動(dòng)保護(hù)電流回路相位校正和幅值平衡補(bǔ)償?shù)墓δ堋２顒?dòng)保護(hù)其他定值可以按保護(hù)裝置的使用說明書進(jìn)行計(jì)算和現(xiàn)場整定。

5 事故分析

對保護(hù)裝置現(xiàn)場安裝和定值整定計(jì)算情況進(jìn)行調(diào)查。從現(xiàn)場了解到，施工圖是按照差動(dòng)保護(hù)裝置的接線要求把變壓器高、低壓側(cè)電流互感器二次均采用星形接線，二次電流直接接入保護(hù)裝置，高、低壓電流互感器極性都以指向變壓器為同極性端。整定計(jì)算按廠家使用說明書要求和主變Y/△-11的接線組別，選定KMD值為“11”進(jìn)行整定設(shè)置。但因現(xiàn)場的一次部分施工中，由于變壓器和10 kV開關(guān)柜的布置方式導(dǎo)致變壓器低壓側(cè)出線與10 kV進(jìn)線柜間的硬母線按正序連接困難，在實(shí)際施工中，已將變壓器的低壓側(cè)出線a接10 kV開關(guān)的c相，變壓器的低壓側(cè)出線c接10 kV開關(guān)的a相，同時(shí)，為保證高低壓相序一致，將對主變高壓側(cè)進(jìn)線進(jìn)行調(diào)相，將A、C相對調(diào)，一次系統(tǒng)接線方式見圖1。

按圖1的接線方式，與正常的接線方式已有差異，電壓、電流的對稱分量在經(jīng)過變壓器后，可能會(huì)發(fā)生相位移動(dòng)。

對于Y/△-11接線組別的變壓器，當(dāng)在Y側(cè)施加正序電流時(shí)，△側(cè)的線電流超前Y側(cè)的線電流30°，兩側(cè)電流正序分量的相位關(guān)系見圖2。

對于常見的接線組別為Y，d11的變壓器，按表1的規(guī)定，接線方式應(yīng)選為“11”，其實(shí)質(zhì)是利用軟件對變壓器△側(cè)二次相電流進(jìn)行如下相位補(bǔ)償運(yùn)算。

設(shè)三角形側(cè)二次相電流為 ia2、ib2、ic2，相位校正后的電流為 iar、ibr、icr，則三角形相位校正關(guān)系式為：

從式（1）可以看出，接線方式KMD值取為“11”所起的作用就是將△側(cè)（10kV側(cè)）各相二次電流相位向滯后方向移30°，而幅值保持不變。這樣做的目的是使移相后的△側(cè)二次電流同Y側(cè)二次電流相位相反，起到相位校正的作用。

根據(jù)圖3的電流分量相位關(guān)系，保護(hù)裝置軟件按式（1）進(jìn)行相位校正，可以計(jì)算出差電流：

對于Y/△-11接線組別的變壓器，當(dāng)按圖2方式接線后，由于變壓器一次側(cè)接線的調(diào)相原因，實(shí)際上是在變壓器的Y側(cè)施加負(fù)序電流，電流分量經(jīng)過Y/△-11接線組別的變壓器后，相位發(fā)生變換，△側(cè)的線電流滯后Y側(cè)的線電流30°，變壓器兩側(cè)電流的分量相位關(guān)系郵圖3。

現(xiàn)場進(jìn)行定值整定時(shí)，僅考慮到變壓器高低壓電流互感器的二次接線方式和變壓器的連接組別銘牌參數(shù)為Y/△-11，按差動(dòng)保護(hù)裝置的使用說明要求，將接線方式值整定為“11”。因△側(cè)的線電流本來就滯后Y側(cè)的線電流30°，當(dāng)利用裝置軟件的自動(dòng)校正功能，仍按式（1）進(jìn)行相位調(diào)整，將△側(cè)（10kV側(cè)）各相二次電流相位向滯后方向移30°后，雖幅值保持不變，但移相后的△側(cè)二次電流實(shí)際滯后Y側(cè)二次電流相位60°，達(dá)不到相位校正的作用。保護(hù)裝置軟件依整定值要求可以計(jì)算出差電流：

由上述的計(jì)算結(jié)果可以看出，差電流Icd達(dá)到高壓側(cè)二次電流Ih的一半，并隨負(fù)荷的增加而增大，軟件起不到相位校正和幅值平衡補(bǔ)償?shù)淖饔?，致使高低壓?cè)差電流在正常運(yùn)行情況下就不能平衡，當(dāng)差電流超過差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作整定值時(shí)（Icd>Iop），使保護(hù)出口動(dòng)作，主變兩側(cè)開關(guān)跳閘，從而造成差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。

根據(jù)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作條件Icd=0.5Ih>Iop可知，當(dāng)Ih>2Iop=2×0.1=0.2 A時(shí)，差動(dòng)保護(hù)裝置將動(dòng)作，即變壓器的負(fù)荷率β>In/INh=0.2/0.33=0.61=61%時(shí)，差動(dòng)保護(hù)裝置就會(huì)動(dòng)作，使主變兩側(cè)開關(guān)跳閘，主變根本無法達(dá)到滿負(fù)荷運(yùn)行。

根據(jù)圖4的電流分量相位關(guān)系，可以看出該變壓器的接線方式已變成Y/△-1接線組別。設(shè)△側(cè)二次相電流為 ia2、ib2、ic2，相位校正后的電流為 iar、ibr、icr，則三角形相位校正關(guān)系式為：

從式（2）可以看出，相位校正的作用應(yīng)將△側(cè)（10 kV側(cè)）各相二次電流相位向超前方向移30°，而幅值保持不變，使移相后的△側(cè)二次電流同Y側(cè)二次電流相位相反，起到相位校正的作用。

根據(jù)圖4的電流分量相位關(guān)系，當(dāng)保護(hù)裝置按變壓器的接線方式為Y/△-1接線組別設(shè)定時(shí)，裝置軟件按式（2）進(jìn)行相位校正，計(jì)算差電流：

6 事故分析結(jié)論

電壓、電流對稱分量經(jīng)過變壓器后，可能會(huì)發(fā)生相位移動(dòng)，相位移動(dòng)的方向、大小取決于變壓器繞組的連接組別，并且正序分量和負(fù)序分量的相位移動(dòng)還可能不同。由圖3中電流分量的相位關(guān)系可以看出，△側(cè)電流相位滯后Y側(cè)二次電流相位30°，對于Y/△-11接線組別的變壓器，實(shí)際上是在變壓器的Y側(cè)A、C相對調(diào)后，向變壓器施加了負(fù)序電流，變壓器的接線組別實(shí)際上變成了Y/△-1，相應(yīng)的保護(hù)整定中的接線方式值應(yīng)整定為“01”，利用裝置軟件的自動(dòng)校正功能，將△側(cè)（10 kV側(cè)）各相二次電流相位向超前方向移30°，而幅值保持不變，使移相后的△側(cè)二次電流同Y側(cè)二次電流相位相反，起到相位校正和幅值平衡補(bǔ)償?shù)淖饔谩?/p>

7 防止主變差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作的措施

（1）對于新建變電站和改造變電站會(huì)造成主變保護(hù)誤動(dòng)的情況，應(yīng)嚴(yán)格按照國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、文件或者廠家說明書執(zhí)行，每一個(gè)流程均需要嚴(yán)格把關(guān)，特別是主變初次投運(yùn)，一定要帶負(fù)荷查看差電流，根據(jù)現(xiàn)場負(fù)荷情況再適當(dāng)調(diào)整定值。

（2）繼電保護(hù)施工設(shè)計(jì)人員應(yīng)仔細(xì)閱讀保護(hù)裝置的技術(shù)說明書，熟悉裝置對二次接線的基本要求，在此基礎(chǔ)上正確地設(shè)計(jì)出二次回路接線原理圖，不能憑經(jīng)驗(yàn)，套圖紙。

（3）現(xiàn)場施工人員，應(yīng)當(dāng)在施工前先熟悉保護(hù)裝置的基本原理，再核對施工圖是否與裝置的接線要求一致。若不滿足要求，要向設(shè)計(jì)人員詢問或向技術(shù)管理部門匯報(bào)，以保證接線正確。當(dāng)現(xiàn)場改變保護(hù)定值時(shí)，要經(jīng)過嚴(yán)格的計(jì)算、校核和審批程序，決不能隨意變更。

（4）在數(shù)字式變壓器差動(dòng)保護(hù)定值選取和計(jì)算時(shí)，要特別注意變壓器一次接線的相序關(guān)系、各側(cè)電流互感器二次接線方式，只有在變壓器一次接線按正相序連接、各側(cè)電流互感器均為星形接線且都以指向變壓器為同極性端的情況下，才能根據(jù)變壓器的接線組別選取KMD值和計(jì)算平衡系數(shù)，當(dāng)其中某個(gè)條件改變后，這些整定值要做相應(yīng)的調(diào)整。

（5）保護(hù)裝置生產(chǎn)廠家在編寫技術(shù)（使用）說明書時(shí)，應(yīng)當(dāng)把裝置對二次回路接線要求，變壓器接線型式KMD取值方法，平衡系數(shù)、相位校正等計(jì)算公式之間的相互關(guān)系敘述得更為詳細(xì)些。

Analysis of misoperation of digital differential protection for transformer and countermeasure

DENG Zi-wei
(Nanning Chemical Co.,Ltd.,Nanning 530031,China)

According to the analysis of reasons of misoperation of differential protection,the basic principles of HN-2042 digital differential protection for transformer current phase correction and balance makeup of amplitude were introduced.Reasons of misoperation was analysed and calculated.The countermeasures were put forward from technology and management.

digital transfomer;differential protection;phase correction;amplitude balance;balance coefficient

TM461

B

1009－1785(2011)10-0024-04

2011-08-26