數字式變壓器差動保護誤動分析

摘　要 :合對一起主變差動保護誤動原因的分析，介紹了CST 31A型數字式變壓器差動保護電流相位校正和幅值平衡補償的基本原理，對誤動原因進行了定性分析和定量計算，從技術和管理方面提出了防范措施。

關鍵詞:差動保護;電流回路接線方式;相位校正;幅值平衡;平衡系數

1　引言

差動保護是電力變壓器的主保護，對保證變壓器安全運行起著極其重要的作用。為提高差動保護正確動作率，除選好保護設備外，還需做好施工設計、整定計算、現場安裝調試等一系列技術和管理工作，如果這些工作稍有疏忽，就可能造成差動保護誤動或拒動。2003年三門峽局某變電站發生的一起變壓器差動保護誤動事故，充分說明了這一點。

2　事故過程及初步調查

2003年4月17日17時49分，三門峽電業局某110 kV 變電站#1主變壓器差動保護動作，三側開關跳閘。故障發生后，調度員將#1主變解除備用，#2主變投入運行。調查人員在仔細檢查#1主變本體和差動保護范圍內設備后未發現異常。調出#1主變差動保護故障采樣報告，可以看出A相、B相差動繼電器出口，故障電流分別為2.54 A和2.46 A，均超過差動保護整定電流1.35 A。通過現場運行人員了解到，在#1主變差動保護動作跳閘的同時，有一條10 kV線路也因保護動作而跳閘。查10 kV 線路保護故障報告，發現該線路系速斷保護動作而跳閘，其跳閘時間與#1主變差動保護動作時間完全一致，故障相別也為A、B相，該線路二次故障電流折算后與差動保護中10 kV側故障電流值非常接近。根據現場檢查情況和對故障采樣報告的數值分析，考慮到#1主變是2003年3月才投運的新變壓器，調查人員初步判斷#1主變差動保護是在區外故障時誤動作，變壓器本身沒有問題。

3　數字式變壓器差動保護電流相位校正和幅值平衡補償原理

#1主變采用CST 31A型數字式變壓器差動保護。變壓器各側電流互感器二次均采用星形接線，二次電流直接接入保護裝置，各側電流互感器極性都以指向變壓器為同極性端，為了校正變壓器各側二次電流之間的相位差，在差動保護定值清單中設置了“變壓器接線型式KMD”整定值。對不同接線組別的變壓器，可選取不同的KMD值，由軟件自動校正變壓器各側二次電流的相位差。這里需要指出的是，設定KMD值的作用只是校正了二次電流的相位，其幅值大小并未改變。

對于常見的接線組別為YN,d11的變壓器，按表2的規定，KMD值應選為“0002”，其實質是對變壓器Y側二次相電流進行如下的運算： 從式(1)可以看出，KMD值取為“0002”所起的作用就是將Y側各相二次電流相位向超前方向移30°，而幅值保持不變。這樣做的目的是使移相后的Y側二次電流同d側二次電流相位相反，起到相位校正的作用。

同理，對三門峽局某變電站的#1主變來說，KMD值應取“0008”，其作用就是將110 kV側和35 kV側二次電流相位向超前方向移30°，幅值大小保持不變。在CST 31A型數字式變壓器差動保護中，各側二次電流幅值的平衡補償也由軟件完成。在保護定值清單中設置了中、低壓側平衡系數KPM和KPL，在保護裝置中輸入平衡系數的值，就可自動實現電流幅值平衡補償的功能。中低壓側平衡系數的計算均以高壓側二次電流為基準，計算公式為：中壓側平衡系數KPM=IHN/IMN

(2)低壓側平衡系數KPL=IHN/ILN

(3)　式中：IHN、IMN、ILN分別為在給定的電流互感器變比下，高、中、低壓側二次額定電流值。 　　在進行電流幅值平衡補償時，分別將中、低壓側二次相電流與相應的平衡系數相乘。差動電流的有關運算都是在電流相位校正和幅值平衡補償后的基礎上進行的。

由式(2)、(3)和#1主變技術參數，可以求得：若變壓器各側電流互感器均按照星形接線，且現場整定了KMD、KPM、KPL的值，就可以實現差動保護電流回路相位校正和幅值平衡補償的功能。差動保護其它定值可以按裝置的使用說明書進行計算和現場整定。

4　差動保護誤動原因分析

2003年4月18日，相關人員對保護裝置現場安裝和定值整定計算情況進行了調查。從當時在現場工作的人員那里了解到，施工圖上是把變壓器三側電流互感器二次按常規接線方式連接后接入保護裝置的。所謂常規接線方式，就是把變壓器Y側電流互感器二次接成三角形，以校正二次電流相位，d側電流互感器接成星形。整定計算人員按廠家使用說明書要求和#1主變接線組別，選定KMD值為“0008”，并計算了KPM和KPL的值。當保護定值單送達現場后，工作人員認為已按常規接線對二次電流相位進行了校正，于是在實際整定時將KMD值以“0000”輸入裝置，即不再對Y側二次電流進行相位校正，而平衡系數KPM、KPL仍按定值單所給的值整定。在這里，工作人員忘記了變壓器差動保護除了要對二次電流相位校正外，還要進行幅值平衡補償這一基本原理，忽略了數字式差動保護正是利用平衡系數這個整定值對電流幅值進行平衡補償的。實際上，當電流互感器二次采用常規接線方式后，雖將Y側電流相位進行了校正，但其幅值已增大為相電流的倍，這時若仍采用各側電流互感器為星形接法時計算出的平衡系數值，各側電流幅值肯定是平衡不了的。下面計算出電流互感器按常規方式接線時，中、低壓側應整定的平衡系數。

在常規接線方式下，#1主變高、中壓側引入差動保護的二次額定電流分別變為：按照平衡系數的定義，中壓側平衡系數KPM仍為0.7，因為高、中壓側同為三角形接法，二次電流均擴大倍，而此時低壓側平衡系數則變為 　KPL=4.77/2.755=1.732 　　也就是說，由于采用常規接線使IHN增大為倍，而ILN不變，故KPL亦應增大倍，換句話說，只有將IL放大倍才能與IH平衡。而當現場按KPL=1.0整定時，就是把低壓側二次電流幅值大小不變地與高壓側二次電流進行平衡后，其差流進入差動采樣回路。顯然，這個差流是相當大的。KPL值整定錯誤對差動保護的影響，以下計算可作為一個定量分析。由KPL=1.0和實際上的，差動定值ICD為1.35 A，可以計算出當主變僅高、低壓兩側運行，其負荷系數為多大時差動保護就會動作。