一起互感器饱和引起的差动误动原因分析罗俊平

一起互感器饱和引起的差动误动原因分析罗俊平

罗俊平张新喜

（1.湖南省冷水江市自来水公司417500;2.湖南省闪星锑业股份有限公司417502）

摘要：通过对某厂变电站1#主变差动误动原因的分析和对电流互感器饱和特性的测试，找出事故原因，提出解决方法。

关键词：电流互感器主变差动短路电流饱和特性

一、引言

2011年12月3日11点左右，某厂变电站1#主变差动保护发生动作，250电容器柜速断跳闸，246线路速断跳闸，见图1。当时2#主变又在检修状态，无法供电，3#主变容量太小，保证不了供电，最终引发全站停电23分钟、有关部门停电31分钟的事件，严重影响了企业的正常生产。

二、现场检查分析

变电站1#主变差动动作发出报警后，专业技术人员和检修人员在第一时间赶到现场，对相关电气设备和开关进行了逐一排查。

1、现场检查情况：

1）、1#主变压器直阻、变比、绝缘阻值、变压油等均为正常状态，可以确定变压器无异常。后对主变进行空载通电测试，一切正常，证明1#主变无故障。

2）、246线路（压风机房）上隔离开关操作连杆掉落在PT母排上。

3）、250电容柜C相支柱瓷瓶对地有拉弧现象，B、C相母排则有大片电弧短路烧伤痕迹。见图2。

2、原因初步分析

根据前面的检查情况，初步认为主变差动保护动作系误动作，理由如下：

1、246线路的隔离开关操作连杆掉落在PT母排上引发单相接地。而操作连杆在与PT母排碰撞中又发生多次跳动接触，引发电气间隙性接地现象，使系统另两相产生过电压，使电容柜支柱瓷瓶绝缘薄弱处产生对地击穿放电，导致电容柜室B、C两相电弧短路。

2、事故发生时，变电站投入是1#主变，1#主变低压侧与6.3KVⅠ段母线相联（见图1），而246、250开关在6.3KVⅡ段母线，200母联开关的故障录波清楚记录了当时的短路情况（见图3、图4）。从故障波型明显看出前50ms短路电流较小，是两相接地引发的短路电流；后45ms短路电流较大，为两相电弧短路引发的短路电流；且Ia、Ic相差180°，幅值相等，说明只有两相短路。

为进一步探究主变差动保护误动作的原由，下面分别从主变短路电流计算和互感器饱和特性测试进行确认分析。

三、短路电流计算分析

1、主变短路一次电流计算（标幺值）

1）、系统C1（阻抗值由电网系统图提供）：

正序阻抗X1＝0.01

2）、1#主变

阻抗百分比Ud＝7.2％

额定容量Se＝8MVA

正序阻抗＝0.9

3）、线路L1（矿锡线）

规格：LGJ—185

平均电压＝35kV

长度＝6.5km

通过查询数据库并计算：

正序阻抗X1＝0.17355

4）、线路L2（250开关柜到电容器电缆）

规格：VLV-70

平均电压＝6.3kV

长度＝0.025km

通过查询数据库并计算：

正序阻抗X1＝0.00453

5）、短路电流计算结果表

表中：

I’——短路电流周期分量起始值

I0.1——0.1秒短路电流有效值

I0.2——0.2秒短路电流有效值

I2——2秒短路电流有效值

I4——4秒短路电流有效值

Ich——短路电流全电流最大有效值

ich——短路冲击电流值

S’——起始短路容量

ifz0.2——0.2秒时短路电流非周期分量

6）、计算结果分析：在200开关故障录波图中短路时二次峰值电流约100A，折算到一次电流为100×120/1.414=8486A，与主变短路一次电流计算8422A非常接近。

图7互感器饱和特性测试原理图

2、主变差动动作电流录波分析

根据1#主变差动动作电流录波记录，参照相关特性仿真波形，可以看出高压侧差动故障电流波形饱和明显，低压侧差动故障电流波形饱和不明显，见图5、图6。

四、互感器饱和特性测试分析

从电流互感器的工作原理可知，其饱和原因是铁芯磁通密度过大造成的，而铁芯的磁通密度又是可以通过互感器的感应电动势反映出来。但在保护级电流互感器的饱和特性测试中，由于其饱和点电流可能超过10～20倍的额定电流，显然在现场是难以完成的。因此，电流互感器的伏安特性测试通达采用以下方法进行，其测试原理图见图7：电流互感器一次绕组开路，从二次绕组通入电流，然后测量二次绕组上的电压降，再根据公式（1）计算其饱和电流倍数。

饱和电流倍数=Vsat/（Ie×Z）（1）

式中：Vsat——饱和电压

Ie——电流互感器二次额定电流

Z——二次回路电抗

1、248开关电流互感器参数：

型号：LA变比：1000/5

1K组：0.5级额定负荷：0.4Ω

2K组：3级额定负荷：0.6Ω

10%倍数10倍

2、420开关电流互感器参数：

3、饱和特性测试结果分析

从互感器的铭牌参数和测试数据可知，当420开关中的差动电流互感器按200/5变比接线时，其饱和电流倍数为5.1倍；若按300/5变比接线时，其饱和电流倍数为10倍。所以在运行中，当6.3KV侧线路发生短路故障时，35KV侧线路的电流倍数已达到7倍，而6.3KV侧差动电流互感器的饱和电流倍数实测为24倍，饱和特性明显不一致。

五、结束语

众所周知，主变差动保护是变压器的主要保护手段。但在实际运行中，由于变压器励磁电流、互感器接线方式、互感器饱和问题等因素的影响，将使差动线路产生不平衡电流和励磁涌流，从而导致主变差动保护时常产生误动，严重影响了正常的生产工作秩序。本文通过对厂变电站的现场检查情况、短路电流的计算、电流互感器饱和特性的测试与各开关故障录波记录的综合分析，完全可以确定：此次厂变停电事故系主变差动电流互感器饱和特性不一致引起的保护误动作。

为杜绝类似故障的再次发生，确保系统以后的稳定运行，根据电流互感器饱和特性测试的电流倍数计算结果，将厂变电站1#、2#主变35KV侧差动电流互感器均改为按300/5变比方式接入系统运行。尽管其电流饱和倍数较大，但解决了近距离、大电流短路时电流互感器由于饱和问题可能导致的保护误动作。

此外，在以后设备更新改造选择保护用电流互感器时，宜选择带有气隙D级铁芯电流互感器，并适当增大其变比，达到降低短路电流倍数，减少差动回路中的不平衡电流，削弱励磁涌流，提高差动保护的灵敏度。

参考文献

[1]国家发展和改革委员会.DL/T5222－2005《导体和电器选择设计技术规定》.[S].附录F：短路电流实用计算2005年2月.

[2]周鸿昌《工厂供电》.[M].第十一章继电保护装置和自动装置.同济大学出版社1992年8月第1版.

[3]水利电力部西北电力设计院.《电力工程电气设计手册（1）电气一次部分》.[M].第四章短路电流计算.中国电力出版社1989年12月第1版.

[4]水利电力部生产司.《继电保护》.[M].第七章35千伏电力变压器继电保护.水利水电出版社1985年2月第1版.