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35KV变电站主变差动保护动作分析

发表时间：2020/3/3 来源：《电力设备》2019年第20期作者：索润军

[导读] 摘要：介绍变压器差动保护动作原因并进行分析，针对出现的问题给出了处理方法，并通过实际案例进行分析说明。

        （国网陇南供电公司宕昌县公司）
        摘要：介绍变压器差动保护动作原因并进行分析，针对出现的问题给出了处理方法，并通过实际案例进行分析说明。
        关键词：差动保护；动作；分析；处理
        35KV运行变电站系统中，差动保护是变压器的主要保护，应满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求，它的工作情况好坏对变压器的正常运行关系极大。但因其结构复杂，接线繁琐，安装及检修改造过程中很有可能留下隐患，在设计、施工及以后的检修改造过程中，必须严格按照规程要求，认真分析，把好每一个技术关，确保TA型号、变比、二次线及二次电流接地方式等方面正确，杜绝差动保护误动作事故的发生。
        变压器差动保护的范围是构成变压器差动保护的电流互感器之间的电气设备、以及连接这些设备的导线。由于差动保护对保护区外故障不会动作，因此差动保护不需要与保护区外相邻元件保护在动作值和动作时限上相互配合，所以在区内故障时，可以瞬时动作。
        差动保护是反映被保护元件两侧电流差而动作的保护装置。差动保护是保护变压器的内部短路故障，电流互感器安装在变压器的两侧，在正常负荷情况或外部发生短路时，流入差动继电器的电流为不平衡电流，在适当选择好两侧电流互感器的变比和接线方式的条件下，该不平衡电流值很小，并小于差动保护的动作电流，故保护不动作；在变压器内部发生短路时，流入的电流大于差动保护的动作电流，差动保护动作于跳闸。
        由于变压器一二次电流、电压大小不同、相位不同，电流互感器特性差异，电源侧有励磁涌流，都将造成不平衡电流，因此必须采用相应措施消除不平衡电流的影响。
        变压器差动保护在选择TA变比时，可在原常规计算的基础上，根据经验适当增大1至2档，即适当的选大变比的TA，这样可以降低短路电流倍数，减少差动回路中产生的不平衡电流，有效削弱励磁涌流，提高差动保护的灵敏度。这对避免保护区外故障，防止变压器差动保护误动作不失为较有效的方法。TA型号及变比的正确选择是保证差动保护动作可靠性的基础。若TA型号选错或所选变比较小，在保护区外发生故障时，TA铁芯迅速饱和，不平衡电流迅速增大，将造成差动保护误动作，所以必须重视TA型号及变比的选择。主变差动动作偶尔发生，动作原因有分多种，需要分析动作原因、检测主变绝缘性能后方可恢复送电。
        差动保护的二次电流回路接地时，必须通过一点接于接地网。因为一个变电站的接地网各点并非绝对的等电位，在不同点之间有一定的电位差，当发生短路故障时，有较大的电流流入接地网，各点之间将会产生较大的电位差。如果差动保护的二次电流回路在接地网的不同点同时接地，地网中不同接地点间的电位差产生的电流将会流入保护二次回路，这一电流将可能增加差动回路中的不平衡电流，使差动保护误动作。差动保护二次回路接地的要求是：两侧TA的二次电流回路必须也只能在公共点一点接地，以免因在不同接地点间产生的电流影响差动保护动作的可靠性。
        因各地区的技术水平不一，为选择接线使差动保护不致因CT接线错误造成保护动作，最好选择两侧星型接线，接线较为简单。
        究其主变差动保护动作原因具体有：
        一、变压器及其套管引出线发生短路故障。
        二、保护二次线发生故障。
        三、电流互感器短路或开路。
        四、主变压器内部故障。
        处理的原则是：
        （1）检查主变压器外部套管及引线有无故障痕迹和异常现象。
        （2）如果检查未发现异常，但本站曾有直流不稳定接地隐患或曾带直流接地运行，则考虑是否有直流两地接地故障。如果有，则应及时消除短路点，然后对变压器重新送电。
        （3）如果未发现直流接地故障，但出口中间继电器线圈两端有电压，则可能是差动跳闸回路和保护二次线短路所致，应及时消除短路点，然后试送电。
        （4）检查高低压电流互感器有无开路或端子接触不良现象，发现问题及时处理，然后变压器恢复送电。
        （5）如果检查未发现故障或异常，则可初步判断为变压器内部故障，应停止运行，等待试验，如果是引出线故障，则应及时更换引出线。
        （6）如果差动保护和瓦斯保护同时动作跳闸，应首先判断为变压器内部故障，按重瓦斯保护动作处理。

        现根据某县35KV**变电站的差动保护动作进行故障处理过程分析：
        1、查看差动保护装置报文，动作值。
        2、差动保护定值计算是否合适，核实变压器容量和高压侧低压侧CT变比。
        以35kV#1主变压器SW-6025微机变压器差动保护装置为例计算定值：
        2.1 装置参数

2.2 控制字定值

        控制字位置“1”相应功能投入，置“0”相应功能退出
        主变压器为无载调压变压器，厂家建议闭锁调压投入可退出
        2.3保护定值
        （1）差动速断电流定值，Isdzd，3～14Ie，
        差动速断电流取躲过变压器涌流和外部故障时最大不平衡电流中的最大者为整定值。
        ①按躲过变压器空投时和外部故障切除后电压恢复时变压器产生的励磁涌流计算，取3-5倍额定电流，对于小容量变压器取大值，对大容量变压器取小值。即
        Idz＝KkIeb＝3×（5000/ ×35）＝3×82.48＝247.44A
        ②按躲过外部短路时最大不平衡电流计算
         ＝＝
        ＝1.3（1×1×0.1+0.05+0.05）×2190.04
        ＝569.4A
        综上取Idz＝500A
        灵敏度校验：Klm＝＝（0.866×1674.93）/ 500＝2.9＞2满足
        Idzj＝500/150/5＝16.70A
        （2）差动电流启动定值，Icdqd，0.3～1.5Ie，
        按主变高压侧二次额定电流0.3～1.5Ie整定。
         ＝[5000/（ ×35）× ]/150/5＝82.48× /150/5＝142.86/150/5＝4.76A
        其中Ie：高压侧额定二次电流
        Se：变压器容量
        Uh：高压侧额定电压
        Kh：高压侧互感器变比
        Khjx：高压侧互感器接线系数，CT接线系数以一次侧的接线方式为基准，一次侧为Y接线，则接线系数为，Δ接线则为1
        Icdqd＝0.4 Ie＝0.4×4.76＝1.90A
        （3）最小制动电流定值，Igd，0.3～1.5Ie，
        Igd＝1.0 Ie＝1.0×4.76＝4.76A
        （4）差流告警定值，Iclgj，0.5～10A，
        差流越限告警电流推荐整定值为（0.3～0.5）倍最小差动电流（Icdqd）整定值。
        Idz＝（0.3～0.5）Icdqd＝0.5×4.76＝2.38A
        （5）启动风冷电流定值，Iqdfl，0.5～10A，
        按变压器额定电流75%计算。
        Iqdfl＝75% Ie＝0.75×4.76＝3.57A
        （6）关闭风冷电流定值，Igbfl，0.5～10A，
        按变压器额定电流65%计算。
        Iqdfl＝65% Ie＝0.65×4.76＝3.10A
        （7）过负荷电流定值，Igfh，0.5～10A，
        Idz＝Kk/Kf.Ie＝1.05/0.85×（5000/ ×35）× ＝1.05/0.85×142.86＝176.5A
        Idzj＝176.5/150/5＝5.90A
        （8）闭锁调压电流定值，Ibsty，0.5～10A，
        按过负荷定值整定。
        Idz＝Kk/Kf.Ie＝1.05/0.85×（5000/ ×35）× ＝1.05/0.85×142.86＝176.5A
        Idzj＝176.5/150/5＝5.90A
        （9）高压侧额流，Ieg，取高压侧额定电流，
         ＝[5000/（ ×35）× ]/150/5＝82.48× /150/5
        ＝142.86/150/5＝4.76A
        （10）低压侧额流，Ied，取低压侧额定电流，
         ＝[5000/（ ×10.5）×1]/300/5＝274.93×1/300/5
        ＝274.93/300/5＝4.58A
        （11）比率差动制动系数，K，0.3～0.75，
        K＝0.5
        （12）二次谐波制动系数，K2，0.1～0.35，
        K2＝0.12
        （13）电流平衡系数，Kxz，计算得出，
        Kxz =（UL×KL×Khjx）/（Uh×Kh×KLjx）＝（10.5×300/5× ）/（35×150/5×1）=1.04
        其中Uh、UL分别为主变高、低压侧额定电压
        Kh、KL分别为主变高、低压侧CT变比
        Khjx、KLjx分别为主变高、低压侧CT接线系数.CT接线系数以一次侧的接线方式为基准，一次侧为Y接线，则接线系数为，Δ接线则为1。对一次双Y接线不需要进行二次接线转换或软件相位转换，接线系数均为1。差动保护中的接线系数均遵循此原则。
        （14）过负荷延时时间，Tgfh，0～100S，0.01S，
        Tgfh＝9.00S
        （15）闭锁调压延时时间，Tbsty，0～100S，0.01S，
        Tbsty＝3.00S
        （16）非电量1延时，Tfdl4，0～100S，0.01S，
        Tfdl4＝0.00S
        （17）非电量2延时，Tfdl5，0～100S，0.01S，
        Tfdl5＝0.00S
        （18）非电量3延时，Tfdl6，0～100S，0.01S，
        Tfdl6＝0.00S
        （19）非电量4延时，Tfdl7，0～100S，0.01S，
        Tfdl7＝0.00S
        （20）非电量5延时，Tfdl8，0～100S，0.01S，
        Tfdl8＝0.00S。
        a、根据差动保护计算公式从新计算一下定值，与装置里的定值整定是否一致。根据比率制动式差动保护动作的特性，计算最小动作电流和制动系数。
        b、控制字整定以及矩阵出口整定是否正确。
        c、变压器容量测试仪可以检测变压器容量、CT变比测试仪可以检测高低压侧CT变比是否正确。
        3、差动保护装置接线是否正确。电流回路是否为一点接地，检查差动保护的二次回路接线是否牢固，是否正确，测试差动保护二次回路的直流电阻，对电流互感器的极性进线校核，即一次侧电流从端子L1流入，而二次侧电流则从其同极性端子K1流出，采样直流法、交流法、仪表直接测量法对电流互感器的极性进行校核。
        4、利用继电保护测试仪对差动保护装置高低压侧电流采集精度进行校验，以及差动保护动作进行保护试验。分别在高压侧差流和低压侧差流加入1A和5A，看装置采样是否准确。装置加入电流产生差流后，差动保护动作跳开两侧开关，动作是否可靠。
        5、在高低压侧的一次侧加入大电流，查看差动保护装置的电流采样是否精确，进而核实电流互感器的精度。发现高压侧的B相电流误差大。
        6、对变压器本体进行检查，变压器有无异常，差动保护范围内的瓷瓶是否有闪络，损坏，引线是否有短路等，
        7、差动保护电流二次回路绝缘必须良好，变压器一次侧三相对地绝缘良好，相间绝缘良好。对变压器进行常规检测保护装置、变压器均无异常，判断为高压侧的电流互感器运行时间久，精度不准确，误差大引起差动保护动作。
        建议更换电流互感器后，变压器运行投入差动保护，临时另一台主变运行供电。
        特殊情况：单相接地故障引起的差动保护动作，线路单相接地是小电流接地系统中常见的一种故障，而两点接地动作的一种故障形式也屡见不鲜。
        单相接地故障的接地点和大地之间不能形成电流回路，故障线路的线电压大小不变且相位对称，因此线路保护不会动作，从而大大提高了供电可靠性，但是随着近年来配电网络的日益复杂，系统中两点接地故障引起的线路保护动作跳闸时有发生，甚至在一些特殊情况下，系统的单相接地故障还会引起主变差动保护的动作。
        小电流接地系统中，当线路发生单相接地故障时，不会产生大的接地电流，只有很小的电容电流存在，故障线路的线电压大小不变且相位对称，因此线路保护不会动作，且规程允许故障线路继续允许2小时。但此时，非故障相的电压升高至√3倍，对系统的绝缘将构成威胁，而当不同线路不同相别的两点同时发生接地时，就会形成两点接地短路，造成线路保护动作跳闸。如果线路B相一处发生单相接地故障，若故障点在主变差动保护范围内，线路保护首先不可能动作，而对于主变差动保护，由于小电流接地系统单相接地时的特性，即使故障点在差动保护范围内，也不会破坏差流平衡，保护也不会动作。35KV系统非故障的A、C两相相电压升高至√3倍，如果A相或C相存在绝缘薄弱点，那么就有可能因为相电压的升高而被击穿，造成一处单相接地转变为相间短路故障，差动保护差流失去平衡，从而差动保护动作。虽然规程允许单相接地设备供电2小时，但我们绝不能对此掉以轻心，由于单相接地故障的特性，使得非故障相在√3倍相电压下运行，这无疑是对系统绝缘的一种考验，所以当单相接地发生故障时，应当以最快的速度找到并隔离。
        由于差动保护的重要性，造成差动保护的原因多且复杂，因此主变差动保护动作时，需检查出原因后再恢复送电运行。
        2019/12/1