袁偉　楊振宇

摘 要：昆明地鐵某主變電所自投產(chǎn)以來，在1月21日3點(diǎn)37分、4月25日15點(diǎn)27分兩次發(fā)生區(qū)外單相對(duì)地短路故障，穿越至主變電所引起主變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作跳閘，嚴(yán)重影響地鐵供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行。通過對(duì)保護(hù)配置及各次誤動(dòng)作時(shí)錄波數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后認(rèn)為，主變壓器一次接線及保護(hù)配置之間存在的設(shè)計(jì)缺陷、繼電保護(hù)選擇性缺失是導(dǎo)致出現(xiàn)誤動(dòng)作的直接原因。

關(guān)鍵詞：電力；地鐵；差動(dòng)保護(hù)

由于地鐵主變電所承擔(dān)著整個(gè)供電區(qū)域的供電任務(wù)，一旦發(fā)生故障將對(duì)地鐵運(yùn)營(yíng)秩序造成大面積的影響，因此對(duì)主變電所的可靠性要求非常高，一旦故障停運(yùn)將影響本線路供電及車站，后果不堪設(shè)想。

該線路主變電所于1月21日凌晨3點(diǎn)37分發(fā)生區(qū)外環(huán)網(wǎng)電纜盜割造成單相接地短路，1號(hào)110kv主變壓器差動(dòng)保護(hù)跳閘。環(huán)網(wǎng)電纜單相接地短路屬于主變電所外部故障，主變壓器差動(dòng)保護(hù)不應(yīng)動(dòng)作，現(xiàn)就主變差動(dòng)誤動(dòng)作原因進(jìn)行分析。

1 設(shè)備基本情況

該主變電所兩臺(tái)110kv主變壓器，單臺(tái)容量25MVA，YnD11聯(lián)接，短路阻抗10.5%（分接頭位于中間檔），正常運(yùn)行時(shí)110kv側(cè)中性點(diǎn)不接地，35kv側(cè)通過T接接地變壓器經(jīng)小電阻（20Ω）接地。兩臺(tái)主變分列運(yùn)行，互為備用。35kv采用單母線分段接線方式，兩段母線間通過母聯(lián)斷路器互聯(lián)。每段母線設(shè)置兩回出線，為車站（區(qū)間）變電所供電。

110kv主變壓器差動(dòng)保護(hù)采用南自PST1261A微機(jī)保護(hù)裝置，該裝置對(duì)主變高壓側(cè)電流和低壓側(cè)電流進(jìn)行采樣，其中高壓側(cè)差動(dòng)CT位于110kv GIS內(nèi)，變比600/1，保護(hù)級(jí)5P40；低壓側(cè)差動(dòng)CT位于35kv GIS柜內(nèi)（301一號(hào)主變進(jìn)線柜），變比800/1，保護(hù)級(jí)5P40，差動(dòng)保護(hù)CT接線均采用星型接法，極性均指向母線側(cè)，由差動(dòng)保護(hù)裝置進(jìn)行星/三角校正。

2 故障分析

為分析系統(tǒng)發(fā)生單相接地短路時(shí)系統(tǒng)電流電壓分布情況，采用對(duì)稱分量法進(jìn)行簡(jiǎn)化計(jì)算。計(jì)算前對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行如下簡(jiǎn)化：

2.1 由于事發(fā)當(dāng)時(shí)系統(tǒng)負(fù)荷較小，暫不考慮母線上其他負(fù)荷對(duì)各序網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的影響。

2.2 主變壓器、接地變壓器阻抗僅考慮感性電抗，不考慮電阻。

2.3 不考慮短路點(diǎn)的接地阻抗，且由于短路計(jì)算中主變漏抗及接地變接地阻抗較大，因此忽略電纜對(duì)地分布導(dǎo)納及電纜阻抗。

采用對(duì)稱分量法建立計(jì)算模型，得下圖所示電路：

設(shè)系統(tǒng)為A短路，則短路點(diǎn)A相三序合成電壓為零，B、C相短路點(diǎn)合成三序電流為零，得下用三序?qū)ΨQ分量表示的短路邊界條件，其中a為復(fù)數(shù)算子，a=ej120，a2+a+1=0。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備相應(yīng)參數(shù)，由上述各式計(jì)算可得零序電流234A。因?yàn)橛?jì)算未考慮阻抗網(wǎng)絡(luò)中的電阻、變電所接地網(wǎng)接地電阻值、110kv電源容量，該計(jì)算值應(yīng)略大于實(shí)際發(fā)生單相短路的零序電流值。

由于變壓器高壓側(cè)星接，低壓側(cè)三角接，南自PST1261A微機(jī)保護(hù)裝置內(nèi)采用軟件算法對(duì)相位進(jìn)行修正，差動(dòng)電流的計(jì)算公式如下：

其中：Idiffa、Idiffb、Idiffc為A、B、C相差流；

Iah、Ibh、Ich為高壓側(cè)A、B、C采樣電流；

Ial、Ibl、Icl為低壓側(cè)A、B、C采樣電流；

0.577是高壓側(cè)的平衡系數(shù)，0.4242是低壓側(cè)平衡系數(shù)。

由于35kv側(cè)接地變壓器與主變低壓側(cè)采用T型接法，因此主變低壓側(cè)A、B、C三相采樣到的電流和實(shí)際低壓側(cè)電流之間的關(guān)系為：

其中變壓器在無(wú)內(nèi)部故障的情況下，若忽略電流互感器的不平衡電流，上式中有：

上式表明，在變壓器無(wú)內(nèi)部故障的情況下，通過接地變壓器的零序電流微機(jī)保護(hù)裝置計(jì)算后會(huì)被錯(cuò)認(rèn)為變壓器的差動(dòng)電流分量。

變壓器的差動(dòng)保護(hù)中比例制動(dòng)特性如下圖所示，其中Icd為差動(dòng)電流定值，Izd為制動(dòng)電流定值（軟件默認(rèn)為高壓側(cè)額定電流）。

3 結(jié)束語(yǔ)

該主變電所由于在主變壓器低壓側(cè)T接接地變壓器，正常時(shí)由于接地變壓器電流很小，不會(huì)對(duì)保護(hù)裝置造成干擾。但當(dāng)系統(tǒng)中零序分量增大時(shí)，該零序電流流經(jīng)接地變壓器經(jīng)小電阻入地，主變差動(dòng)保護(hù)裝置計(jì)算差動(dòng)電流時(shí)會(huì)出現(xiàn)零序分量，當(dāng)該分量達(dá)到一定量值時(shí)，即使主變壓器無(wú)故障，差動(dòng)保護(hù)裝置也將動(dòng)作。由于主變差動(dòng)速斷保護(hù)無(wú)延時(shí)，一旦差流超過整定值將立刻出口，無(wú)法通過時(shí)限配合來實(shí)現(xiàn)保護(hù)的選擇性。因此當(dāng)區(qū)外發(fā)生單相接地故障時(shí)，采用接地變T接主變壓器低壓側(cè)方式存在差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作跳閘的可能性。endprint

摘 要：昆明地鐵某主變電所自投產(chǎn)以來，在1月21日3點(diǎn)37分、4月25日15點(diǎn)27分兩次發(fā)生區(qū)外單相對(duì)地短路故障，穿越至主變電所引起主變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作跳閘，嚴(yán)重影響地鐵供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行。通過對(duì)保護(hù)配置及各次誤動(dòng)作時(shí)錄波數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后認(rèn)為，主變壓器一次接線及保護(hù)配置之間存在的設(shè)計(jì)缺陷、繼電保護(hù)選擇性缺失是導(dǎo)致出現(xiàn)誤動(dòng)作的直接原因。

關(guān)鍵詞：電力；地鐵；差動(dòng)保護(hù)

由于地鐵主變電所承擔(dān)著整個(gè)供電區(qū)域的供電任務(wù)，一旦發(fā)生故障將對(duì)地鐵運(yùn)營(yíng)秩序造成大面積的影響，因此對(duì)主變電所的可靠性要求非常高，一旦故障停運(yùn)將影響本線路供電及車站，后果不堪設(shè)想。

該線路主變電所于1月21日凌晨3點(diǎn)37分發(fā)生區(qū)外環(huán)網(wǎng)電纜盜割造成單相接地短路，1號(hào)110kv主變壓器差動(dòng)保護(hù)跳閘。環(huán)網(wǎng)電纜單相接地短路屬于主變電所外部故障，主變壓器差動(dòng)保護(hù)不應(yīng)動(dòng)作，現(xiàn)就主變差動(dòng)誤動(dòng)作原因進(jìn)行分析。

1 設(shè)備基本情況

該主變電所兩臺(tái)110kv主變壓器，單臺(tái)容量25MVA，YnD11聯(lián)接，短路阻抗10.5%（分接頭位于中間檔），正常運(yùn)行時(shí)110kv側(cè)中性點(diǎn)不接地，35kv側(cè)通過T接接地變壓器經(jīng)小電阻（20Ω）接地。兩臺(tái)主變分列運(yùn)行，互為備用。35kv采用單母線分段接線方式，兩段母線間通過母聯(lián)斷路器互聯(lián)。每段母線設(shè)置兩回出線，為車站（區(qū)間）變電所供電。

110kv主變壓器差動(dòng)保護(hù)采用南自PST1261A微機(jī)保護(hù)裝置，該裝置對(duì)主變高壓側(cè)電流和低壓側(cè)電流進(jìn)行采樣，其中高壓側(cè)差動(dòng)CT位于110kv GIS內(nèi)，變比600/1，保護(hù)級(jí)5P40；低壓側(cè)差動(dòng)CT位于35kv GIS柜內(nèi)（301一號(hào)主變進(jìn)線柜），變比800/1，保護(hù)級(jí)5P40，差動(dòng)保護(hù)CT接線均采用星型接法，極性均指向母線側(cè)，由差動(dòng)保護(hù)裝置進(jìn)行星/三角校正。

2 故障分析

為分析系統(tǒng)發(fā)生單相接地短路時(shí)系統(tǒng)電流電壓分布情況，采用對(duì)稱分量法進(jìn)行簡(jiǎn)化計(jì)算。計(jì)算前對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行如下簡(jiǎn)化：

2.1 由于事發(fā)當(dāng)時(shí)系統(tǒng)負(fù)荷較小，暫不考慮母線上其他負(fù)荷對(duì)各序網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的影響。

2.2 主變壓器、接地變壓器阻抗僅考慮感性電抗，不考慮電阻。

2.3 不考慮短路點(diǎn)的接地阻抗，且由于短路計(jì)算中主變漏抗及接地變接地阻抗較大，因此忽略電纜對(duì)地分布導(dǎo)納及電纜阻抗。

采用對(duì)稱分量法建立計(jì)算模型，得下圖所示電路：

設(shè)系統(tǒng)為A短路，則短路點(diǎn)A相三序合成電壓為零，B、C相短路點(diǎn)合成三序電流為零，得下用三序?qū)ΨQ分量表示的短路邊界條件，其中a為復(fù)數(shù)算子，a=ej120，a2+a+1=0。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備相應(yīng)參數(shù)，由上述各式計(jì)算可得零序電流234A。因?yàn)橛?jì)算未考慮阻抗網(wǎng)絡(luò)中的電阻、變電所接地網(wǎng)接地電阻值、110kv電源容量，該計(jì)算值應(yīng)略大于實(shí)際發(fā)生單相短路的零序電流值。

由于變壓器高壓側(cè)星接，低壓側(cè)三角接，南自PST1261A微機(jī)保護(hù)裝置內(nèi)采用軟件算法對(duì)相位進(jìn)行修正，差動(dòng)電流的計(jì)算公式如下：

其中：Idiffa、Idiffb、Idiffc為A、B、C相差流；

Iah、Ibh、Ich為高壓側(cè)A、B、C采樣電流；

Ial、Ibl、Icl為低壓側(cè)A、B、C采樣電流；

0.577是高壓側(cè)的平衡系數(shù)，0.4242是低壓側(cè)平衡系數(shù)。

由于35kv側(cè)接地變壓器與主變低壓側(cè)采用T型接法，因此主變低壓側(cè)A、B、C三相采樣到的電流和實(shí)際低壓側(cè)電流之間的關(guān)系為：

其中變壓器在無(wú)內(nèi)部故障的情況下，若忽略電流互感器的不平衡電流，上式中有：

上式表明，在變壓器無(wú)內(nèi)部故障的情況下，通過接地變壓器的零序電流微機(jī)保護(hù)裝置計(jì)算后會(huì)被錯(cuò)認(rèn)為變壓器的差動(dòng)電流分量。

變壓器的差動(dòng)保護(hù)中比例制動(dòng)特性如下圖所示，其中Icd為差動(dòng)電流定值，Izd為制動(dòng)電流定值（軟件默認(rèn)為高壓側(cè)額定電流）。

3 結(jié)束語(yǔ)

該主變電所由于在主變壓器低壓側(cè)T接接地變壓器，正常時(shí)由于接地變壓器電流很小，不會(huì)對(duì)保護(hù)裝置造成干擾。但當(dāng)系統(tǒng)中零序分量增大時(shí)，該零序電流流經(jīng)接地變壓器經(jīng)小電阻入地，主變差動(dòng)保護(hù)裝置計(jì)算差動(dòng)電流時(shí)會(huì)出現(xiàn)零序分量，當(dāng)該分量達(dá)到一定量值時(shí)，即使主變壓器無(wú)故障，差動(dòng)保護(hù)裝置也將動(dòng)作。由于主變差動(dòng)速斷保護(hù)無(wú)延時(shí)，一旦差流超過整定值將立刻出口，無(wú)法通過時(shí)限配合來實(shí)現(xiàn)保護(hù)的選擇性。因此當(dāng)區(qū)外發(fā)生單相接地故障時(shí)，采用接地變T接主變壓器低壓側(cè)方式存在差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作跳閘的可能性。endprint

摘 要：昆明地鐵某主變電所自投產(chǎn)以來，在1月21日3點(diǎn)37分、4月25日15點(diǎn)27分兩次發(fā)生區(qū)外單相對(duì)地短路故障，穿越至主變電所引起主變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作跳閘，嚴(yán)重影響地鐵供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行。通過對(duì)保護(hù)配置及各次誤動(dòng)作時(shí)錄波數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后認(rèn)為，主變壓器一次接線及保護(hù)配置之間存在的設(shè)計(jì)缺陷、繼電保護(hù)選擇性缺失是導(dǎo)致出現(xiàn)誤動(dòng)作的直接原因。

關(guān)鍵詞：電力；地鐵；差動(dòng)保護(hù)

由于地鐵主變電所承擔(dān)著整個(gè)供電區(qū)域的供電任務(wù)，一旦發(fā)生故障將對(duì)地鐵運(yùn)營(yíng)秩序造成大面積的影響，因此對(duì)主變電所的可靠性要求非常高，一旦故障停運(yùn)將影響本線路供電及車站，后果不堪設(shè)想。

該線路主變電所于1月21日凌晨3點(diǎn)37分發(fā)生區(qū)外環(huán)網(wǎng)電纜盜割造成單相接地短路，1號(hào)110kv主變壓器差動(dòng)保護(hù)跳閘。環(huán)網(wǎng)電纜單相接地短路屬于主變電所外部故障，主變壓器差動(dòng)保護(hù)不應(yīng)動(dòng)作，現(xiàn)就主變差動(dòng)誤動(dòng)作原因進(jìn)行分析。

1 設(shè)備基本情況

該主變電所兩臺(tái)110kv主變壓器，單臺(tái)容量25MVA，YnD11聯(lián)接，短路阻抗10.5%（分接頭位于中間檔），正常運(yùn)行時(shí)110kv側(cè)中性點(diǎn)不接地，35kv側(cè)通過T接接地變壓器經(jīng)小電阻（20Ω）接地。兩臺(tái)主變分列運(yùn)行，互為備用。35kv采用單母線分段接線方式，兩段母線間通過母聯(lián)斷路器互聯(lián)。每段母線設(shè)置兩回出線，為車站（區(qū)間）變電所供電。

110kv主變壓器差動(dòng)保護(hù)采用南自PST1261A微機(jī)保護(hù)裝置，該裝置對(duì)主變高壓側(cè)電流和低壓側(cè)電流進(jìn)行采樣，其中高壓側(cè)差動(dòng)CT位于110kv GIS內(nèi)，變比600/1，保護(hù)級(jí)5P40；低壓側(cè)差動(dòng)CT位于35kv GIS柜內(nèi)（301一號(hào)主變進(jìn)線柜），變比800/1，保護(hù)級(jí)5P40，差動(dòng)保護(hù)CT接線均采用星型接法，極性均指向母線側(cè)，由差動(dòng)保護(hù)裝置進(jìn)行星/三角校正。

2 故障分析

為分析系統(tǒng)發(fā)生單相接地短路時(shí)系統(tǒng)電流電壓分布情況，采用對(duì)稱分量法進(jìn)行簡(jiǎn)化計(jì)算。計(jì)算前對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行如下簡(jiǎn)化：

2.1 由于事發(fā)當(dāng)時(shí)系統(tǒng)負(fù)荷較小，暫不考慮母線上其他負(fù)荷對(duì)各序網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的影響。

2.2 主變壓器、接地變壓器阻抗僅考慮感性電抗，不考慮電阻。

2.3 不考慮短路點(diǎn)的接地阻抗，且由于短路計(jì)算中主變漏抗及接地變接地阻抗較大，因此忽略電纜對(duì)地分布導(dǎo)納及電纜阻抗。

采用對(duì)稱分量法建立計(jì)算模型，得下圖所示電路：

設(shè)系統(tǒng)為A短路，則短路點(diǎn)A相三序合成電壓為零，B、C相短路點(diǎn)合成三序電流為零，得下用三序?qū)ΨQ分量表示的短路邊界條件，其中a為復(fù)數(shù)算子，a=ej120，a2+a+1=0。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備相應(yīng)參數(shù)，由上述各式計(jì)算可得零序電流234A。因?yàn)橛?jì)算未考慮阻抗網(wǎng)絡(luò)中的電阻、變電所接地網(wǎng)接地電阻值、110kv電源容量，該計(jì)算值應(yīng)略大于實(shí)際發(fā)生單相短路的零序電流值。

由于變壓器高壓側(cè)星接，低壓側(cè)三角接，南自PST1261A微機(jī)保護(hù)裝置內(nèi)采用軟件算法對(duì)相位進(jìn)行修正，差動(dòng)電流的計(jì)算公式如下：

其中：Idiffa、Idiffb、Idiffc為A、B、C相差流；

Iah、Ibh、Ich為高壓側(cè)A、B、C采樣電流；

Ial、Ibl、Icl為低壓側(cè)A、B、C采樣電流；

0.577是高壓側(cè)的平衡系數(shù)，0.4242是低壓側(cè)平衡系數(shù)。

由于35kv側(cè)接地變壓器與主變低壓側(cè)采用T型接法，因此主變低壓側(cè)A、B、C三相采樣到的電流和實(shí)際低壓側(cè)電流之間的關(guān)系為：

其中變壓器在無(wú)內(nèi)部故障的情況下，若忽略電流互感器的不平衡電流，上式中有：

上式表明，在變壓器無(wú)內(nèi)部故障的情況下，通過接地變壓器的零序電流微機(jī)保護(hù)裝置計(jì)算后會(huì)被錯(cuò)認(rèn)為變壓器的差動(dòng)電流分量。

變壓器的差動(dòng)保護(hù)中比例制動(dòng)特性如下圖所示，其中Icd為差動(dòng)電流定值，Izd為制動(dòng)電流定值（軟件默認(rèn)為高壓側(cè)額定電流）。

3 結(jié)束語(yǔ)

該主變電所由于在主變壓器低壓側(cè)T接接地變壓器，正常時(shí)由于接地變壓器電流很小，不會(huì)對(duì)保護(hù)裝置造成干擾。但當(dāng)系統(tǒng)中零序分量增大時(shí)，該零序電流流經(jīng)接地變壓器經(jīng)小電阻入地，主變差動(dòng)保護(hù)裝置計(jì)算差動(dòng)電流時(shí)會(huì)出現(xiàn)零序分量，當(dāng)該分量達(dá)到一定量值時(shí)，即使主變壓器無(wú)故障，差動(dòng)保護(hù)裝置也將動(dòng)作。由于主變差動(dòng)速斷保護(hù)無(wú)延時(shí)，一旦差流超過整定值將立刻出口，無(wú)法通過時(shí)限配合來實(shí)現(xiàn)保護(hù)的選擇性。因此當(dāng)區(qū)外發(fā)生單相接地故障時(shí)，采用接地變T接主變壓器低壓側(cè)方式存在差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作跳閘的可能性。endprint