主变压器差动保护误动作分析

图1为安徽无为供电公司110 kV襄安变电站系统运行图。各电压等级的主变压器有关数据如表1所示。

图1　差动保护误动作时系统运行状况

表1　各电压等级主变压器有关数据

如图1所示，110 kV襄安变电站#Ⅰ主变压器501断路器与#Ⅱ主变压器502断路器并列。#Ⅰ主变压器带35 kVⅠ段负荷，#Ⅱ主变压器带35 kVⅡ段负荷， 300断路器处于热备用。#Ⅱ主变压器带10 kV负荷，100断路器处于运行状态。#Ⅰ、#Ⅱ主变压器中性点接地开关处于断开位置。#Ⅰ主变压器差动保护为电磁型，其执行元件为BCH-1型差动继电器。

2 差动保护动作情况

2006年3月19日，襄安变电站#Ⅰ主变压器差动保护动作，在区外35 kV出线断路器376发生B、C相相间短路故障时，断开#Ⅰ主变压器各侧断路器。

事后经试验检查发现，#Ⅰ主变压器差动保护的35 kV侧差动电流互感器二次侧被错接成Y型。

3 故障原因分析

故障发生时，主变压器低压侧实际未带负荷。为使问题更具一般性，以下按低压侧带有负荷分析。

3.1 差动回路正确接线时情况

正常运行时，如图2所示，若不考虑不平衡电流的影响，流入三相差动继电器的电流均为0。即

图2　差动网络正确接线图

I_ca = I_ay - (I_ay1 + I_a△) = 0

I_cb = I_by - (I_by1 + I_b△) = 0

I_cc = I_cy - (I_cy1 + I_c△) = 0

其中主变中压侧差动回路电流

I_ay = I'_ay1 - I'_by1

I_by1 = I'_by1 - I'_cy1

I_cy1 = I'_cy1 - I'_ay1

中压侧差动保护回路电流向量如图3所示。可见，差动保护不会动作。

图3　中压侧差动回路电流向量图

3.2 差动回路错误接线分析

35 kV二次被错误接成Y型时，如图4所示。

图4　35 kV二次侧被接成Y型接线回路图

主变压器差动保护35 kV侧差动TA二次接成Y型接线。此时，中压侧差动回路向量图如图5所示。

图5　差动回路电流向量图

这时，流入三相差动继电器的电流将不再为0，相差动回路中都将产生差电流，如图6所示。此时在继电器二次绕组端子上将能测量到不平衡电压。BCH型差动继电器差压要求不能大于0.15 V，且该差压为纯交流成分，应使用灵敏度较高的毫伏表测量。在正常运行或外部短路电流较小的情况下，此差流不能达到整定动作值，差动继电器不动作。

图6差动回路差电流向量图（以C相为例）

3.3 35 kV线路相间短路故障对差动保护影响

发生两相短路时，根据发生两相短路时故障点的边界条件，通过运用对称分量法分析，可以作出复合序网图。

图7　两相短路的复合序网图

在分析时，只考虑阻抗的电抗分量，而忽略其电阻分量。其中，U(0)f为系统等值电源电势，Xff(1)和Xff(2) 分别为区外故障时系统至故障点之间的等值正序电抗、负序电抗。

35 kV侧电流互感器实际接线为Y/Y型，通过复合序网将得到流过35 kV侧电流互感器的各相短路电流

I_fa = 0

I_fb = -j3^1/2I_fa(1)

I_fc = -I_fb = j3^1/2I_fa(1)

式中 I_fa(1) = U(0)_f /j(X_ff(1) + X_ff(2))

由此可以画出差动电流回路电流向量图，见图8。

此刻，产生了较大差流I_bp1。

3.4 从保护定值上分析

376线路装设以下保护：

?速断：动作值1634 A，动作时限0 s；

?Ⅱ断过流：动作值870 A，动作时限0.75 s；

?Ⅲ断过流：动作值350 A，动作时限1 s。

301断路器装设有以下保护：

?Ⅱ断过流：动作值1280 A，动作时限0.5 s；

?Ⅲ断过流：动作值570 A，动作时限1.5 s。

差动保护定值见表2。

表2 差动保护定值

差动继电器整定动作安匝为60±4，从而可知301断路器差动动作电流在1120～1280 A之间。可见，线路发生相间短路故障，而301断路器差动短路电流又在此区间时，376断路器速断保护不应动作；376断路器过流和301断路器过流都带时限，也不应动作；最后只能是误接线的差动保护动作。

4 事故防范措施

在改接线前，要对回路做到心中有数，首先要正确画出接线图，然后按图接线。改接线后应当细心检查，认真试验。对试验和检查项目应该按规程要求，除要测向量绘出向量图外，还应测量主变压器的差压或差流。在微机保护和电磁保护共存的情况下，工作时尤其要注意两者之间存在的外部接线区别。