彭 鵬 ，梁 衛(wèi) ，殷 琮 ，盧志剛

（1.華電貴州烏江渡發(fā)電廠，貴州 遵義 563104；2.貴州電力調(diào)度通信局，貴州貴陽(yáng) 550002；3.貴州大學(xué)電氣工程學(xué)院，貴州貴陽(yáng) 550025）

0 引言

變壓器外部近區(qū)發(fā)生故障，在切除故障恢復(fù)過(guò)程中，由于恢復(fù)性涌流和CT誤差電流的共同作用，差流波形可能更為對(duì)稱，從而使二次諧波比更小，造成差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)[1]。另外，有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)表明，原因不明的變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)或多或少與CT暫態(tài)飽和有關(guān)，特別是比率制動(dòng)特性差動(dòng)保護(hù)在P級(jí)CT暫態(tài)飽和情況下可能誤動(dòng)[2]。然而，在變壓器近區(qū)發(fā)生線路故障，重合閘對(duì)變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作的理論方面研究等文獻(xiàn)資料較少，本文根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工作情況，通過(guò)分析與總結(jié)，提出了變壓器近區(qū)故障時(shí)，線路重合閘對(duì)變壓器差動(dòng)保護(hù)的影響及解決對(duì)策。

1 故障經(jīng)過(guò)

烏江渡發(fā)電廠1號(hào)廠電氣接線方式為發(fā)電機(jī)變壓器組單元接線，110 kV和220 kV母線為單母分段，1號(hào)機(jī)經(jīng)1號(hào)變升壓后帶110kV六回直饋線負(fù)荷，2號(hào)、3號(hào)機(jī)經(jīng)2號(hào)變、3號(hào)變升壓至220 kV，通過(guò)三回220 kV線路與主網(wǎng)聯(lián)接（其中江陽(yáng)雙回經(jīng)開(kāi)陽(yáng)變、江盤(pán)線經(jīng)盤(pán)角變至息烽變與500 kV主網(wǎng)聯(lián)接），110 kV與220 kV系統(tǒng)通過(guò)0號(hào)變聯(lián)絡(luò)運(yùn)行。電氣主接線圖如圖1所示。

圖1 烏江渡發(fā)電廠1號(hào)廠電氣主接線圖

2009年7月14 日16時(shí)3分，220 kV江陽(yáng)Ⅰ回205線路B相發(fā)生近區(qū)永久性接地故障，江陽(yáng)Ⅰ回205線路主一、主二保護(hù)動(dòng)作跳B(niǎo)相，重合閘動(dòng)作后保護(hù)加速跳三相。在205線路開(kāi)關(guān)重合于故障點(diǎn)時(shí)，0號(hào)變壓器A套差動(dòng)保護(hù)同時(shí)動(dòng)作出口，跳0號(hào)變壓器高、中壓側(cè)開(kāi)關(guān)。

2 一次設(shè)備檢查分析及處理情況

2.1 0號(hào)主變及其相關(guān)附屬設(shè)備檢查情況

0號(hào)變保護(hù)動(dòng)作后，對(duì)0號(hào)變本體、瓦斯繼電器、壓力釋放閥及相關(guān)附屬設(shè)備進(jìn)行外觀檢查正常，對(duì)0號(hào)變及200開(kāi)關(guān)、電纜、CT、終端及100開(kāi)關(guān)穿墻套管等絕緣試驗(yàn)合格,0號(hào)變油色譜測(cè)及直阻測(cè)試正常。見(jiàn)表1。

表1 0號(hào)變油色譜試驗(yàn)數(shù)據(jù)

根據(jù)對(duì)0號(hào)變檢查分析及試驗(yàn)情況，確認(rèn)變壓器本體無(wú)故障，在全面檢查試驗(yàn)正常后，于15日19時(shí)06分正常投入運(yùn)行。

2.2 220 kV GIS江陽(yáng)I回205出線隔室故障分析及處理

205線路保護(hù)動(dòng)作跳閘后，對(duì)線路一次所屬設(shè)備外觀進(jìn)行詳細(xì)檢查，未見(jiàn)異常。結(jié)合保護(hù)報(bào)告及故障發(fā)生時(shí)，205出線GIS隔室瞬間發(fā)氣壓異常信號(hào)（6 min后氣壓恢復(fù)正常）。測(cè)量出線隔室段絕緣，A相：440 GΩ；B相：1.15 MΩ；C相：965 GΩ，判定故障點(diǎn)發(fā)生在205出線B相GIS組合電器隔室內(nèi)。

打開(kāi)GIS套管引出線，發(fā)現(xiàn)GIS出線絕緣子通盆局部炸裂，脫落。隔室內(nèi)底部堆積有一層較厚粉末，水平導(dǎo)電桿末端接近均壓環(huán)處下部有一殘缺物，盆式絕緣子表面存在部分發(fā)黑，有強(qiáng)電弧作用的跡象，均壓罩完好。分析殘缺物為絕緣子在絕緣破壞過(guò)程中爆裂彈出，粉末為SF6氣體在絕緣受損過(guò)程中的分解物。

3 保護(hù)裝置動(dòng)作情況

3.1 江陽(yáng)Ⅰ回205線路保護(hù)動(dòng)作情況

從205線路保護(hù)報(bào)告：2009年07月14日16時(shí)03分，江陽(yáng)Ⅰ回205線路B相永久性接地故障，205線路保護(hù)4 ms工頻變化量阻抗、38 ms主保護(hù)動(dòng)作跳B(niǎo)相，1 061 ms重合閘動(dòng)作出口，重合于永久性接地故障，1 155 ms距離加速動(dòng)作跳三相。故障測(cè)距0 km，205線路故障電流8 462 A，故障持續(xù)時(shí)間40 ms，重合后故障持續(xù)時(shí)間50 ms，線路保護(hù)動(dòng)作行為正確。

3.2 0號(hào)主變保護(hù)動(dòng)作情況

烏江渡發(fā)電廠0號(hào)變保護(hù)采用南自PST-1202A型數(shù)字式變壓器保護(hù)裝置，其中A套為二次諧波比率制動(dòng)原理的差動(dòng)保護(hù)。B套為波形對(duì)稱原理的差動(dòng)保護(hù)。

二次諧波比率制動(dòng)保護(hù)動(dòng)作判據(jù)(見(jiàn)圖2)：

圖2比率制動(dòng)特性

（1）差動(dòng)保護(hù)最小動(dòng)作（啟動(dòng)電流）電流Icd：按大于變壓器額定負(fù)載時(shí)的不平衡電流整定。整定為Icd=1.07 A。

（2）差動(dòng)速斷定值Isd：差動(dòng)速斷保護(hù)元件動(dòng)作判據(jù)：Id＞Isd

其中：Id為變壓器差動(dòng)電流；Isd為差動(dòng)速斷保護(hù)定值（按躲過(guò)變壓器初始勵(lì)磁涌流或外部短路最大不平衡電流整定），整定為Isd=17.9 A。

（3）二次諧波制動(dòng)元件動(dòng)作判據(jù)：I(2)＞Id×Nec

其中：I(2)為差動(dòng)電流中的二次諧波含量；Nec為差動(dòng)保護(hù)二次諧波制動(dòng)系數(shù)，取0.2。

（4）比率制動(dòng)元件動(dòng)作判據(jù)：Icdd≥Icd；Izdd≤Izd.

其中：Icdd為變壓器差動(dòng)電流；Icd為差動(dòng)保護(hù)電流定值；Izdd為變壓器差動(dòng)保護(hù)制動(dòng)電流；Izd為差動(dòng)保護(hù)比率制動(dòng)拐點(diǎn)電流定值，保護(hù)軟件已設(shè)為高壓側(cè)額定電流，整定為Ig=Ign/nCT=3.579 A；K1、K2為比率制動(dòng)的制動(dòng)系數(shù)，軟件設(shè)定為K1=0.5,K2=0.7。

初次故障時(shí)，0號(hào)變高、中壓側(cè)B相出現(xiàn)有電流，且波形為正弦波，三相差電流較小，后備保護(hù)啟動(dòng)，未達(dá)到差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作條件，差動(dòng)保護(hù)未動(dòng)作。

當(dāng)205線路保護(hù)切除故障，系統(tǒng)恢復(fù)正常，重合閘動(dòng)作再次重和于205線路時(shí)，從保護(hù)裝置（PST-1 202 A）動(dòng)作報(bào)告：0號(hào)變保護(hù)A相差流5.547 A，制動(dòng)電流7.4 A；B相差流5.428 A，制動(dòng)電流6.899 A，C相差流0.2 A，制動(dòng)電流0.6 A。從軟件分析有二次諧波含量A相為18.9%，B相為15.2%，均小于20%。A、B相滿足差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作條件。

0號(hào)變差動(dòng)保護(hù)A套（諧波制動(dòng)原理）：0 ms后備保護(hù)啟動(dòng)，1 144 ms差動(dòng)保護(hù)啟動(dòng)，1 171 ms差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作出口跳0號(hào)主變高中壓側(cè)開(kāi)關(guān)。見(jiàn)動(dòng)作時(shí)序圖3。

1 144 ms差動(dòng)保護(hù)啟動(dòng)，因檢測(cè)到電流波形不對(duì)稱而閉鎖差動(dòng)保護(hù)。

通過(guò)對(duì)一、二次設(shè)備的檢查分析，查明一次故障點(diǎn)并消除。同時(shí)重點(diǎn)對(duì)保護(hù)CT伏安特性、5%誤差曲線測(cè)試及保護(hù)裝置試驗(yàn)正常，保護(hù)裝置小CT疊加交、直流試驗(yàn)未出現(xiàn)飽和現(xiàn)象。實(shí)際測(cè)試二次負(fù)載阻抗為2.7 Ω左右，二次負(fù)載阻抗稍偏大,整個(gè)二次系統(tǒng)未見(jiàn)異常。

從保護(hù)動(dòng)作時(shí)序圖和0號(hào)變保護(hù)裝置動(dòng)作報(bào)告分析，初次故障切除至恢復(fù)過(guò)程中，0號(hào)變差動(dòng)保護(hù)未動(dòng)作，為什么在重合閘動(dòng)作重和于205線路故障時(shí)，0號(hào)變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作呢？這便是本文重點(diǎn)分析的地方。

4 0號(hào)變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作原因分析

從電力系統(tǒng)分析[3]：我們知道，電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，短路故障電流由短路電流的強(qiáng)制分量和自由分量組成。其強(qiáng)制分量與外加電源電勢(shì)有相同的變化規(guī)律，也是恒幅值的正弦交流，習(xí)慣稱周期分量。而自由分量與外加電源無(wú)關(guān)，它是按指數(shù)規(guī)律衰減的直流，亦稱非周期電流。非周期電流初值的大小同短路發(fā)生的時(shí)刻有關(guān)，亦即與短路發(fā)生時(shí)電源電勢(shì)的初始相角（或合閘角）α有關(guān)。

為了說(shuō)明非周期電流對(duì)保護(hù)的影響，我們從前后兩次故障錄波數(shù)據(jù)波形和故障B相電壓波形，進(jìn)行分析。見(jiàn)圖4、5、6、7。

圖4 第一次故障0號(hào)變錄波波形

圖5 第二次故障時(shí)0號(hào)變錄波數(shù)據(jù)及波形

圖6 第一次故障B相電壓波形

圖7 第二次故障B相電壓波形

其中，圖4第一次故障時(shí)0號(hào)變錄波報(bào)告說(shuō)明：00 ms后備保護(hù)啟動(dòng)（高壓側(cè)HB3 CPU2）。模擬量通道：Ia=Ib=Ic=17.00 A/格 ，3Io=17.00 A/格 ，Io,=17.00 A/格 ，Ua=Ub=Uc=156.00 V/格 3Uo=321.01 V/格。Ia、Ib、Ic為 0 號(hào)變高壓側(cè)電流，3Io為零序電流，Ua、Ub、Uc為0號(hào)變高壓側(cè)電壓。

圖5第二次0號(hào)變故障錄波報(bào)告：00 ms差動(dòng)保護(hù)啟動(dòng)（差動(dòng)保護(hù)13 CPU1），27 ms差動(dòng)保護(hù)出口（差動(dòng)保護(hù)13 CPU1）。Icda=5.547 A，Icdb=5.428 A，Icdc=0.227 A，Izda=7.417 A，Izdb=6.899 A，Izdc=0.668 A，Ia2=0.599 A，Ib2=0.486 A，Ic2=0.158A。模擬量通道：Ia1=Ib1=Ic1=Ia2=Ib2=Ic2=31.00 A/格，其中 Ia1、Ib1、Ic1 為 0 號(hào)變高壓側(cè)電流，Ia2、Ib2、Ic2 為 0號(hào)變中壓側(cè)電流。

圖4、5兩次故障錄波數(shù)據(jù)及波形可以分析：第一次故障時(shí)，B相故障電流波形為正弦波，但有偏移現(xiàn)象，說(shuō)明除有短路電流周期分量外，還存在有一定的非周期直流分量（在母線保護(hù)錄波中也發(fā)現(xiàn)有很大的直流分量），其非周期直流分量的大小是影響電流波形偏移的主要原因。而第二次故障時(shí)，B相故障電流波形為什么會(huì)偏移和畸變呢？

從圖6、7兩次故障電壓波形可以分析得出：第一次故障B相電壓波形，短路初相角為63.7。

備注：左邊光標(biāo)為電壓過(guò)零時(shí)刻，右邊光標(biāo)為故障初發(fā)時(shí)刻度，最大非周期分量約為穩(wěn)態(tài)電流幅值的44%，一次電流非周期分量最大幅值為0.44。當(dāng)?shù)诙沃睾嫌贐相故障時(shí)，初相角為31.6度，最大非周期分量約為穩(wěn)態(tài)電流幅值的85.2%，。其一次電流非周期分量最大幅值為0.852。因一次統(tǒng)時(shí)間常數(shù)較大、衰減較慢，對(duì)CT暫態(tài)特性造成影響，使CT二次電流波形出現(xiàn)畸變。

在這里引用《外部故障切除時(shí)TA局部暫態(tài)飽和圖 8：CT傳變電流波形對(duì)變壓器差動(dòng)保護(hù)的影響及對(duì)策》論文中試驗(yàn)結(jié)果[4]。測(cè)試CT電流傳變特性試驗(yàn)中，分別加交流，疊加直流和交流，并調(diào)整它們的幅值進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)交、直流幅值變化對(duì)CT傳變電流特征存在有相位差或波形畸變的影響。圖8為工頻分量與非周期分量數(shù)量級(jí)相當(dāng)，二次電流特征與平常所見(jiàn)到的外部故障電流下的CT暫態(tài)飽和特征相似。表2為電流互感器所反映的電流特征。

圖8 CT傳變電流波形

表2 電流互感器測(cè)試表

因此，當(dāng)205線路開(kāi)關(guān)重合于永久性故障時(shí)，短路初相角小，產(chǎn)生非周期直流分量較大，從而使0號(hào)變保護(hù)CT傳變特性受到影響，在CT二次電流傳變過(guò)程中出現(xiàn)波形偏移和畸變，是導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作的主要原因。

另外，0號(hào)變主變高壓側(cè)CT隨GIS一并投運(yùn)，已近30年。隨著電網(wǎng)的發(fā)展，原有四組CT不能滿足變壓器保護(hù)、母差保護(hù)及安穩(wěn)等裝置獨(dú)立使用要求，其CT二次側(cè)存在負(fù)載串聯(lián)使用，同時(shí)變壓器保護(hù)所用CT為600/5，50 VA，受安裝位置影響，二次負(fù)載阻抗偏大，在一次短路電流包含很大非周期分量的情況下，對(duì)CT傳變特性有一定影響，這是導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作的間接原因。

綜上分析：在205線路重合于近區(qū)B相永久性故障時(shí)，因非周期直流分量較大，CT特性不好，二次負(fù)載阻抗偏大，使0號(hào)變變高壓側(cè)故障電流在傳變過(guò)程中出現(xiàn)波形畸變引起差流，同時(shí)電流中二次諧波分量未達(dá)到整定閉鎖值，從而造成A套差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳閘。

5 解決對(duì)策

針對(duì)本次故障所引起的變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作情況，應(yīng)采取以下有效措施，避免線路重合閘重和于變壓器近區(qū)故障時(shí)變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)。

（1）將0號(hào)主變高壓側(cè)保護(hù)CT變比由600/5，50 VA改為1 200/5，100 VA，避免CT共用、二次阻抗偏大帶來(lái)的傳變誤差。從而能真實(shí)反映一次實(shí)際故障電流，保證CT電流特征在傳變過(guò)程中不出現(xiàn)波形畸變或相位差現(xiàn)象，保證保護(hù)正確動(dòng)作。

（2）在滿足保護(hù)靈敏度的前提下，將諧波制動(dòng)原理的差動(dòng)保護(hù)二次諧波制動(dòng)系數(shù)（Nec=0.15～0.2）,由原來(lái)的0.2降低至0.15，以提高變壓器差動(dòng)保護(hù)抗區(qū)外近區(qū)故障能力。

（3）整體改造GIS設(shè)備，采用抗暫態(tài)飽和特性較好的CT，將二次繞組分離獨(dú)立工作，徹底解決老設(shè)備上存在的問(wèn)題。

（4）變壓器差動(dòng)保護(hù)的軟件需做進(jìn)一步改進(jìn)。

6 結(jié)論

變壓器外部故障切除后產(chǎn)生的電壓恢復(fù)性涌流可能會(huì)造成差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)。在重合閘重和于永久性故障時(shí)，受合閘角、故障非周期分量的影響，易使CT傳變特性發(fā)生變化，合閘角越小，非周期直流分量越大，造成波形畸變和偏移就越大，從而導(dǎo)致變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作的可能性越大。保護(hù)的安全性并非只與保護(hù)裝置本身的性能有關(guān)，它關(guān)系到一、二次設(shè)備全局系統(tǒng)工程，這點(diǎn)應(yīng)引起保護(hù)專業(yè)人員的注意，同時(shí)也應(yīng)加強(qiáng)對(duì)變壓器差動(dòng)保護(hù)抗區(qū)外近區(qū)故障能力的研究。

[1]張曉宇,畢大強(qiáng),蘇鵬聲.變壓器外部故障切除后差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)原因的分析[J].繼電器，2006，34（1）：5-9.

[2]浦南楨，瞿學(xué)鋒，袁宇波，等.P級(jí)TA飽和對(duì)數(shù)字式比率制動(dòng)特性差動(dòng)保護(hù)的影響[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2003，23（4）：76-80.

[3]何仰贊，溫增銀.電力系統(tǒng)分析[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2002.

[4]袁宇波，陸于平，許揚(yáng)，等.外部故障切除時(shí)TA局部暫態(tài)飽和對(duì)變壓器差動(dòng)保護(hù)的影響及對(duì)策 [J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2005，25（10）：12-17.