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一起短路容量增大引起变压器差动保护动作的分析

时间:2012-06-20 16:21来源:重庆忠县供电公司 作者:向国轩 点击:
摘要:通过对变压器差动保护动作的故障分析和处理步骤,总结出系统短路容量的增大和完全依赖于设备的铭牌参数,对变压器差动保护误动起作一定的内因作用,并提出了相应的防范措施。 关键字:短路容量 增大 变压器 差动保护动作 电力变压器是电力系统中最关键的主设备之一,它

摘要:通过对变压器差动保护动作的故障分析和处理步骤,总结出系统短路容量的增大和完全依赖于设备的铭牌参数,对变压器差动保护误动起作一定的内因作用,并提出了相应的防范措施。

关键字:短路容量 增大 变压器 差动保护动作

  电力变压器是电力系统中最关键的主设备之一,它承担着电压变换,电能分配和传输,并提供电力服务。因此,变压器的正常运行是对电力系统安全、可靠、优质、经济运行的重要保证。微机型纵联差动保护作为变压器的主保护,能反映变压器内部相间短路故障,高压侧单相接地短路及匝间层间短路故障,它较常规保护具有灵敏度高,选择性强,接线简单等优点,因此得到广泛应用。为提高差动保护正确动作率,除选好保护设备外,还需做好设计施工、整定计算、现场安装调试等一系列技术和管理工作,要统筹考虑系统的发展,短路容量的增大,如果这些工作稍有疏忽,就可能造成差动保护误动或拒动,严重影响变电站安全运行。

1  事故慨况
  2010年7月18日19:20分左右,35kV智华变电站10kV华汇线速断保护动作跳开本线路开关,同时主变比例差动保护动作,跳开主变两侧开关,造成全站失压。

2网络运行情况
  35kV 智华变电站于2002年农网改造时建设,由于是地方县级电网,智华站经过3个35kV等级的变电站与110kV站相连,以多级串供的形势供电。该变电站为简易的终端变电站,35kV为单母线接线,只有一条35kV进线,主变1台,Y/Δ-11接线,主变容量3.15MVA,10kV为单母线接线,主供农村负荷。主接线如图1所示:
 
  在2010年5月到8月,由于10kV华汇线或华金线线路故障速断保护动作跳闸引起主变比例差动保护动作了两次。下面以7月18日主变比例差动动作及查找原因进行分析。

3、故障现象
3.1值班员记录
2010年7月18日19:20分,35kV智华变电站微机显示器上弹出“#1主变比例差动保护动作”信号,事故音响喇叭响起,#1主变两侧#301和#501开关在分闸位置,同时显示器上弹出“10kV华汇#514速断保护动作”信号, #514开关在分闸位置,全站10kV系统失电。

3.2 保护动作报告
在7月18日19:20:37时,10kV华汇线#514速断保护动作,开关动作跳闸。
故障时保护装置记录:IA:72.5A  IC:1.5A 
在7月18日19:20:37时主变差动保护动作,跳开主变两侧开关。
故障时保护装置记录:
高压侧电流:IA:12.1A  IB:11.9A  IC:0.3A 
低压侧电流:IA:26.8A  IB:26.2A  IC:1.3A 
差动电流: IA:17.7A  IB:16.0A  IC:1.1A
制流电流: IA:37.6A  IB:36.8A  IC:1.4A

3.3电流互感器配置情况
  主变高压侧#301开关为LW16-40.5型户外六氟化硫开关,该开关内附电流互感器LRGB-35LW供测量和保护用,电流互感器为抽头式,有75/5和100/5两档,实际接线选为75/5,1.0级1K1—1K2作为测量用(接A421、B421、C421),D级3K1—3K2作为差动保护用(接A411、B411、C411)。其铭牌如图2所示:
 
  主变低压侧#501开关为ZN28A-10型户内真空开关,电流互感器为LZZQB6-10 型单独式 ,变比为200/5,0.5级作为测量用,10P10级作为差动保护和低后备保护用。

  10kV华汇#514线电流互感器为LZZQB6-10 型,变比为75/5 ,0.5级作为测量用,10P10级作为保护用。

3.4 保护定值整定情况
  10kV华汇#514线路保护整定为三段式电流保护,速断定值为55A,0秒。主变保护设有比例差动和差动速断保护,差动速断定值为26A ,0秒,比例差动保护定值为:差动启动值为2.2A,平衡系数为0.72(以低压侧为基准)。

3.5 保护装置配置
 主变保护装置为重庆新世纪厂生产的EDCS-6120型差动保护,10kV线路为EDCS-6110型线路保护装置。

  EDCS-6120型单元的差动保护TA接线采用全Y形接法,主变原、付边电流相角差采用软件补偿。

差动电流的计算公式为:
式中: 为高压侧参与差动计算的电流相量,其计算方法与变压器联接组别有关。 为低压侧参与差动计算的电流相量,Kp为差动平衡系数,ΦS为相角补偿,用于特殊联接的变压器。

  差动平衡系数Kp的计算:差动平衡系数是微机差动保护中计算差动电流时,用以补偿高、低压侧电流互感器变比不配合而产生的差动电流的一个系数。

以低压侧二次电流为基准,高压侧平衡系数KpG =35*15/1.732*10.5*40=0.724 

4  保护动作分析
  通过事故现象,在#1主变差动保护动作跳闸的同时,10 kV华汇线路因速断保护动作而跳闸,其跳闸时间与#1主变差动保护动作时间完全一致,故障相别为A、B相,该线路二次故障电流折算后与差动保护中10 kV侧故障电流值非常接近,都约为1080A左右。事故后对10kV华汇线路巡线发现在约3km处有AB相短路故障。所以,认为主变比例差保护动作是由10kV线路故障引起的。

4.1事故后检验
  由于可断定是由10kV线路故障引起的差动保护,属于变压器区外故障,因此重点对差动保护装置进行了全面的检查分析。但防止大电流对变压器的损伤,还是对变压器进行绝缘和直阻的测试。查找具体方案:

  A、检查差动保护整定值,与定值通知单的数据相符。校核了平衡系数,在装置内平衡系数定值设定为0.72时,两侧由电流互感器引起的不平衡正好补偿。

  B、对差动保护装置按定值单进行了校验,测试了动作值和动作时间,检验合格。

  C、测量电流互感器的变比,在35kV侧电流互感器一次侧按相加电流45A,测得变比值为15,在10kV侧电流互感器一次侧按相加电流40A, 测得变比值为40。检测结果,变比符合通知单要求。

  D、测试电流回路二次侧负载。高压侧二次电流回路每相负载为1.0欧,低压侧二次电流回路每相负载为0.2欧,三相负载均平衡,电流回路接触良好。

  E、检查差动保护二次回路接线,按差动保护接线要求,高低压两侧均接成星型接法,极性都由母线指向变压器,接线正确,二次回路绝缘符合规程要求。

  F、做差动保护传动试验,差动继电器动作正确,微机发信号正确,保护出口继电器跳两侧开关动作正确,保护装置无误动或拒动现象。

  G、投入主变后带负荷测试两侧电流及相位均正常,经过平衡后测试差流约为8mA,符合要求。

  H、对主变压器进行绝缘和直阻的测试,无异常。
 以上各项目检查全部合格,说明差动保护装置及二次回路接线良好,主变压器完好,未见有故障。

4.2故障数据的分析
  从10kV华汇线故障数据得出10kV线路AB两相短路电流为Id=72.5*75/5=1087.5A,在差动保护装置中主变低压侧A相电流为Ia=26.8*200/5=1072A,高压侧A相电流为IA=12.1*75/5=181.5A,由此看出10kV线路故障电流与低压侧电流约相等,拆算到高压侧电流应为IA高=1072*10.5/35=321.6A,拆算到二次侧应为21.4A,很明显高压侧电流没有正常传变到二次侧。

4.3系统短路容量分析
  根据以上常规的故障查找方法,均未查出明显的问题。既然差动保护装置各项检查都合格,并且该主变从2002年投运到2009年,主变差动保护从未动作。为何从2010年开始在10kV线路故障引起动作了两次?

  通过对电网结构的分析,在2009年12月,随我县首座220kV站投运,系统的短路容量增大,是否与短路电流增大有关?通过短路电流的计算,在2010年前35kV智华站10kV母线短路时流过主变高压侧电流约为370A;而随网络结构发生改变后,智华站10kV母线短路时流过主变高压侧电流达到560A,短路电流明显增大。是否由短路容量增大对电流互感器的影响?但从这两次故障性质进行分析,都是因为10kV线路速断动作引起的误动,这可能与电流互感器的饱和有关。

4.4电流互感器接线检查
  因此,我们又查阅了关于电流互感器的10%误差不满足要求时可采用的的反事故措施:A、增大差动保护用电流互感器二次回路电缆芯线截面,以减小电流互感器二次回路负载电阻。B、改善互感器特性,使用差动继电器专用(D级)电流互感器。C、要适度增大主变电流互感器变比,以减小电流互感器通过大电流时的饱和度。D、串接备用电流互感器使允许负载增加1倍。

  根据这一反措原则,首先认为是高压侧二次负载1.0欧过大,因此更换了高压侧电流回路二次电缆线,由原2.5 mm2变为4.0 mm2,二次负载减为0.6欧。再是详细检查高压侧电流互感器,由于无测试仪器无法校验10%误差曲线,只有把内附电流互感器的六氟化硫开关面板拆开详细检查(之前从未拆开检查,不清楚理面还有是流互感器二次接线端子),发现厂家所接引出线有问题,从内置电流互感器的接线端子引出到开关内电流端子排的二次线接线错误,把作为差动的D级绕组3K1-3K2接线端子误接到电流互感器的1.0级绕组接线柱上,而端子排上已标明3K1-3K2作为差动保护用,这与开关上铭牌标示完全一致。作为调试人员只是核对铭牌标示绕组3K1-3K2是否作为差动保护,并校核电流互感器的等级。而同样的方法检查10kV电流互感器,由于电流互感器是是外露式,二次侧及接线清楚,把10P10级作为差动保护,二次线较短,负载较小,没有进行电缆更换。

4.5电流互感器的饱和分析
  在2010年之前, 电网系统短路容量较小,该站10kV线路较少,10kV线路近端短路几率较少,短路电流不很大时,短路电流倍数相应较小。经计算,同样是10kV线路3KM处三相短路,流过高压侧电流互感器故障电流约250A,短路电流倍数为3.3倍,作为1.0级的电流互感器在负载为1.0欧时还能满足10%误差要求,而低压侧短路电流倍数为5.8倍,负载仅0.2欧,主变差动保护就不会误动。当系统短路容量增大后,假若同样在10kV线路3KM处三相短路,流过高压侧电流互感器故障电流约410A,短路电流倍数为5.5倍,作为1.0级的电流互感器在负载为1.0欧时极易进入饱和状态,不能正常传变电流,而低压侧短路电流倍数为6.8倍,负载仅0.2欧,CT能正常传变电流不致于饱和,因此产生较大的不平衡电流,造成差动保护动作。

4.6电流互感器接线的处理
  问题分析确认后,我们将开关内电流互感器把差动保护用的3K1-3K2接线端子改接在D级上,按铭牌进行改接后,端子排二次接线没发生变化,这样差动保护就改为真实的D级绕组。

4.7防范措施
  用于差动保护的电流互感器,应保证在变压器正常负荷和差动保护范围以外发生短路时,电流互感器变比误差、角误差都要符合要求,要按最大短路电流校核10%误差,使流进保护的差电流近似为零。但实际上甚至选用相同型号的电流互感器,其特性曲线也总是存在某种程度的差异。这是由于钢导磁体特性不同及装配的情况不同所致。因此,使导磁体的磁阻改变,并使励磁电流改变,这就出现了电流互感器的电流比误差和角误差。选用不同型号不同容量的电流互感器,在二次负载和磁饱和程度不同时,对电流互感器误差影响更大。

  差动保护应选用电流互感器的准确等级为D级(具有较大的铁芯截面),其变比要按最大短路电流校核,二次负载要按电流互感器10%误差曲线选择,若变比较小,可将两只串联使用。串联时,变比不变,每个线圈通过全部二次电流,可以增大电流互感器的输出容量。电流互感器在投入运行前,应作极性和伏安特性变比试验,变比误差不超过10%,角误差不超过7度,并严格按10%误差特性条件进行校验。

  结合网络短路容量增大,对网络所有差动保护电流互感器进行了全面校核,发现有三个站的差动电流互感器短路倍数增大较大,虽然差动保护接D级没有接线错误,还没有导致误动,但为了减小差动保护稳态和暂态的不平衡电流,还是更换了截面较大的二次电缆,减小了二次负载。经过近一年的运行,35kV智华站同样是10kV线路故障,并且速断保护动作跳闸,再未发生主变差动保护误动作。

5  故障结论
  智华站主变差动保护装置误动,是由于系统网络发生变化,短路容量增大较多,35kV侧差动保护所用的六氟化硫断路器内附电流互感器的精度等级由厂家接线错误,等级选择不当,当外部故障短路电流较大时,高压侧电流互感器已不满足10%误差曲线,不能正常传变一次电流,出现不平衡电流,引起差动保护误动作。在故障查找中,不要轻易相信厂家的铭牌数据,要眼见为实,以实验方法得出正确接线,相信厂家也有接线错误的可能。在出现故障后要尽量收集设备参数的变化,要多留意网络发生的变化,系统的短路容量变化后对保护的影响。当网络短路容量发生变化后, 要高度重视校核电流互感器的10%误差工作,防止因电流互感器饱和导致差动保护误动作。

参考文献:
[1] 陈曾田,电力变压器保护[M]。北京:中国电力出版社,1998,第二版,42~45。
[2] 陈莉 董军 孙伟,CT饱和对变压器差动保护的影响,电力自动化产品信息网

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