一起区外故障引起的 220kV主变保护动作的分析

一起区外故障引起的 220kV主变保护动作的分析

王畅 1 郝红岩 2 王晓飞 3

1. 国网新疆电力有限公司电力科学研究院 2. 国网新疆电力有限公司电力调度控制中心 3. 国网新疆电力有限公司电力调度控制中心

摘要：通过简单介绍主变差动保护原理及励磁涌流制动原理，并对一起区外故障引起的主变保护动作的典型事故分析，查明了事故原因，并提出建议及整改措施，对同类型电网中可能发生的问题有一定的分析参考价值。

关键词：主变差动保护、励磁涌流、谐波制动

1 引言

本文通过一起主变保护区外故障引起的220kV主变保护动作事故，分析事故产生原因，提出针对此次事故的整改措施，为电力系统今后相关问题提供参考。

2 事故概述

2.1 事故前电网运行方式

QN变1号、2号、3号主变并列运行，220千伏I、II母并列运行，YUQ一线、YUQ二线、YQ线、1号主变、220千伏I母电压互感器在220千伏I母运行；2号、3号主变高压侧、GQ线、YUQ二线、220千伏II母电压互感器在220千伏II母运行；1号主变220千伏侧中性点接地运行，2号主变110千伏侧中性点接地运行。运行方式如图1所示。

图1 现场运行方式

2.2 保护动作过程

2019年8月17日02时09分10秒，220千伏QN变220千伏2221YQ线A、B套保护纵差保护、接地距离I段保护动作，跳开B相断路器，重合成功。检查发现220千伏YQ线A、B套保护装置距离I段、差动保护动作，重合闸动作。保护装置运行正常，定值执行无误，压板投退正确。经线路检修人员巡视，发现220千伏YQ线60号塔B相鸟害引起跳闸，判断保护装置动作正确。

2019年8月17日02时09分10秒，220千伏QN变1号主变A套差动保护动作（B套保护未动作），跳开1号主变三侧断路器。故障前QN变3台主变并列运行，未造成负荷损失。

3 保护动作分析

保护动作后，现场人员调取故障录波器及1号主变故障录波文件。经过分析对比发现，220kV线路B相接地故障时，由于高压侧A、B、C三相电流异常，差流和制动电流同时出现，故障快速识别判据短时开放涌流判据，B相差动特性满足，差动保护动作。而B套主变保护仅保护启动但未出口。通过分析故障录波波形，可将此次事故动作原因判定为误动作。主变A套保护装置录波图如图2所示、主变B套保护装置录波图如图3所示。

图2 主变A套保护装置波形

图3 主变B套保护装置波形

3.1主变差动保护的原理

在变压器的保护中差动保护是变压器的主保护，是通过对比变压器的各侧电流互感器所测量的电流矢量差与定值之间的关系，若电流矢量差大于定值则启动动作元件。在正常运行状态下，通过保护装置内部的幅值和相位折算，变压器各侧的电流矢量差基本为零，当发生故障时变压器满足 ，即各侧计算出差动电流大于电流的整定值，则开放差动保护，目前变压器差动保护采用三段式比率差动特性。

3.2励磁涌流产生原因与特性

在变压器空载合闸或外部故障切除后电压恢复过程中变压器的铁芯磁通未饱和时，励磁绕组电感很大，励磁电流很小甚至可忽略不计；而当变压器变压器铁芯磁通饱和时，变压器励磁绕组电感降低，将出现数值很大的励磁涌流。假设 ，则主变上电压 ，此时 ，若不考虑剩磁的情况，由于磁场不能突变，导出 。可以看出 是一个与系统电压大小和合闸出相角有关的一次函数。

图4 励磁涌流波形图

变压器的饱和磁通一般为 ，而变压器的实际电压一般不会超过额定电压的 10%，磁通量一般不会达到饱和。当变压器正常运行时，铁芯一般是不饱和的。当变压器空载合闸时，由于暂态分量的产生，由于变压器剩磁的作用使可能会大于 ，导致铁芯饱和。当合闸后半个周期磁通达到最大值，此时电流传变误差最大。而主变保护为了防止励磁涌流导致差动保护误动作，采用波形识别原理和二次谐波制动原理在变压器产生励磁涌流时闭锁差动保护。

3.3保护动作原理分析

由录波分析软件查看本次区外单相接地故障波形，而主变A套保护设置了不经涌流闭锁开放差动保护判据，根据变压器故障前后系统各个参量的变化情况，确保区外故障切除产生恢复性涌流以及和应涌流情况下，差动不误开放；基于电压量积分的铁芯饱和判别技术保证了各种可能产生励磁涌流的工况下闭锁差动保护，从而实现运行变压器发生区内故障时，差动保护不经涌流闭锁快速开放，但保护厂家在说明书中未提及快速开放的差动保护。本次区外单相接地故障，由于三相电流异常，电压和电流的变化、铁芯磁链最大值也低于铁芯饱和阈值，符合故障特征，满足故障下的快速开放的差动保护逻辑，且比率差动特性连续满足10ms时间，差动保护动作。

3.4保护回路分析

通过查看装置相关录波，在系统正常运行时，装置采样均正常无畸变，主变停电后，现场用测试仪加量，装置录波和采样也均正常，说明在系统正常情况下保护装置交流插件、ADC插件采样回路均正常。从装置动作录波以及历史录波分析，正常运行时三相电流平衡，无零序电流，装置采集到的高压侧三相电流正常，在系统发生单相接地故障时，有零序电流产生，回路N线需要有零序电流流通，若N线接触不好，三相电流会出现畸变或异常。现场高压侧电流互感器二次回路如图5所示。

图5 高压侧电流互感器二次回路图

当N线完全断线时，CT二次电流中零序分量没有流通路径，表现为三相电流合成的自产零序电流几乎为0，如果是装置采样系统问题或受到外部干扰，三相电流自产零流正好为0的可能性较小；当N线接触不好时，由于弧光放电等的原因，会在相电流波形中产生高频脉冲电流特征，自产零流也会时有时无。调取本站以往变压器区外单相接地故障的两次波形，都发现保护装置自产零序电流采样点与外接零序电流差异较大，不符合一次系统单相接地的故障特征，具体如图6、7所示：

图6 变压器区外故障1

图7 变压器区外故障2

从以上的两次次区外单相接地故障来看，图6的单相接地故障，在整个故障周期内基本上无自产零流；图7的单相接地故障，在整个故障周期内存在断续的自产零流；本次故障前期基本上无自产零流，后期出现零流，从一次CT的二次侧，到保护装置CT的一次侧，以及装置交流插件、ADC插件整个回路的某个环节可能存在接触不良的情况。

4 事件引发的思考及整改措施

4.1 事件引发的思考

保护装置采样回路的接触不良引发了220kV主变保护误动作，由于变电站属于地区枢纽变电站，主变保护的误动对电网的安全稳定运行造成了严重影响。根据国家电网有限公司十八项电网反事故措施中15.4.3要求，所有保护用电流回路在投入运行前，除应在荷电流满足电流互感器精度和测量表计精度的条件下测定变比、极性以及电流和电压回路相位关系正确外，还必须测量各中性线的不平衡电流（或电压），以保证保护装置和二次回路接线的正确性。主变保护投运后，运维管理部门不认真执行相关规程，在定检和全检过程中未严格排查护装置和二次回路接线的正确及可靠性，埋下了安全隐患。

4.2 整改措施

（1）严格执行国家电网有限公司十八项电网反事故措施及检验规程。在保护装置定检和全检过程中仔细排查回路，检查端子排引线压接的可靠性。

（2）保护厂家要本着对客户负责的态度编写说明书，对所有逻辑和原理应在说明书中罗列说明，除九统一标准外的逻辑应设置相应控制措施，如软硬压板、控制字等，或提供选配型号。

参考文献：

[1] 王帅 , 谭鑫磊 ,刘文鼎. 牵引变压器差动保护误动作分析 [J]. 继电保护技术 ,2019,12(12):112-115.

[2] 北京四方继保自动化股份有限公司.CSC-326T2-DA-G数字式变压器保护装置说明书.北京.

[3] 国家电网有限公司. 国家电网有限公司十八项电网重大反事故措施（修订版）.北京.

作者简介：

王畅(1992-)，男(蒙古族)，新疆巴州人，本科，助理工程师，主要研究方向为电网继电保护及自动化专业。

王搏(1991-)，男(蒙古族)，辽宁朝阳人，本科，助理工程师，主要研究方向为电网继电保护及自动化专业。