变压器区外接地故障差动保护误动的分析.pdfVIP

上 海 电力 2 0 1 0 年第1 期 变压器区外接地故障差动保护误动的分析 姚 荆 ( 上 海交 通 大学 电气 工 程 系 ， 上 海2 0 0 0 3 0 ) 摘要 ： 差动保护是变压器 的主保护 ， 其可靠性 、 选 择性 、 灵敏性及速 动性 要求都 十分 强， 但 因结构 复杂 ， 接线 繁琐 ， 容易在安装及调试时 留下 隐患 。文章介绍 了某 厂 6 6 0 Mw 机组主变 在一次 区外 单相接地故 障时差动 保护 的动作情况 ， 分析 了保护原理 以及差动保护的动作原 因， 针对安装及调试时所暴露的问题 ， 提 出了针对性 的防范措施 ， 以保证机组安全运行 。 关键词 ： 差动保护 ； 零序补偿 ； T A极性 中 图分 类 号 ： X9 2 8 文 献 标 识 码 ： B 1 设 备概况 某 厂扩 建工 程 共 建 2台 6 6 0 MW 汽 轮 发 电 机 组 ， 机 组 均 采 用 发 电机 变 压 器 组 单 元 接 线 ， 以 5 0 0 k V 电压 接 入 系 统 ， 5 0 0 k V 主 变 高压 侧 中性 点直接 接地 。发 电机与 主变压 器用离 相封 闭母线 相连 接 。5 O 0 k V 采 用 3 2断 路 器 接 线 方 式 。该 厂发 变组采 用 的是 西 门子 公 司 S I P R OT E C 4系 列微 机保 护 装 置 ， 其 中 ， 由 7 UM6实现 发 电机 差 动 和后备保 护 ， 7 UT6 3 及 7 S J 6 2实 现 主变 差 动 和 后备保 护 ， 7 UT 6 1及 7 S J 6 0 2实 现 高 厂 变 和 脱 硫 变 的差动和 高压侧 后备 保护 。 2故障概 述 2 0 0 7年 5月 ， 该厂 5 O O k V 母线发 生单相 接地 故 障 ， 故 障发生地 点位 于发 电机变压 器组 区外 ， 其 中 1台机组 的 2套 主 变差 动 保 护 均动 作 出 口， 引 起停 机事故 。由 7 UT6 3微 机 装 置记 录 的故 障 录 波如 图 1 所 示 ， 其 中 ， 和 I M Z 为 5 0 0 k V 边 断路 器 和 中断路 器 的三 相 电 流 I及 零 序 电 流 3 I 。 ， J 为 主变高压 侧 中性点 电流 。 3 保护原理及故障分析 3 1 7 U T 6装置 的特点 7 UT6采用 3 2位 微 处 理 器 ， 装 置 的采 样 、 数 据处 理 以及 跳 闸逻 辑 的输 出全 部 经 过 数 字 化 处 理。7 UT6内部的 C P U 回路、 测量控制 回路 以及 控制 电源 回路均 采 用 了完 全 的 电气 隔 离 ， 具 有非 常 高的可靠 性 。 7 UT6 采 用 2次谐 波 制 动 ， 可 防 止 变压 器空 一 74一 墨 0 薯 5 0 0 图 1故 障 录 放 载合 闸是 由于励磁 涌流导 致保 护误 动 ； 而 采用 3 、 5次谐 波对过 励磁 工况进 行制 动 ； 7 UT 6还采 用 了 多段式 的 比率 制动 以及差 动速断保 护来 实现对 保 护对象 的 内部 发生 的轻微 故障 的灵 敏检 测 以及 内 部 发生严 重故 障 时 的快 速切 除 ； 对 测 量 回路 中的 直流分 量和 电流互感 器 ( TA) 饱 和不灵敏 ， 具有 很 高的稳定 性 ， 保 护 装 置 内置 互 感器 矢 量组 匹配 和 T A 变 比系数 完 全数 字 化 匹配 ， 不 需 要 增 加 额 外 的 中间变流 器 。同 时 ， 可 以使 用 软件 设 置 的方 式 来改变 TA 的极性 来矫正 TA 的极性 而不需要 改 变装置 的硬接 线 ， 极 大地方 便 了现场 的调试 工作 。 3 2 7 UT 6装 置差 动保护原 理 通 常 ， 由于变压 器 的变 比、 接 线组 别 以及 变压 器各 侧 TA 的额 定 电流 不 同 ， 当 电流 流过 变压 器 后 ， 在变 压器 各侧 的 TA二 次侧 电流是 不相 等的 。 为 了比较 ， 测 量到 的各侧 电流均 须经过 匹配 运算 。 不 同变 压器 ， TA 变 比和 根 据 变压 器 的接 线 组 别 产生 的相位偏 移 的 匹配 是 纯数 学 的运算 ， 所 以装 置不需要 增加 外接 辅助 TA。 如O O 0 2 避乎 2 0 1 0 年第 1 期 上 海 电力 保 护装置 内部 是通 过系数 矩 阵来实 现各侧 的 电流换 算 ， 这 个矩 阵 模 拟 了变 压 器 各 侧 绕组 中 的 电流 ， 包 括 了变压 器所有 可能 的接 线组别 ( 包 括相 变 换 ) 。而在 匹配运 算 的时候 ， 变压 器 中性点 的状 态 和如何 进行 处理是 非 常关 键 的 。当变 压 器 的 中 性 点对 地是绝 缘 的 时候 ， 保护 装 置 中所采 用 的匹 配 矩 阵为式 ( 1 ) ： J A B J c 卜 ， I 2 3 此 时 ， 由于保护 区 内没有接 地点 ， 就无 需考 虑 保 护 区外 发生 接地故 障 的时候 会有零 序 电流流 过 保护 区 ， 并 且 系统 中其 它 地 方 是 否有 接 地 中性点 也对 保护不 影 响 ， 如果 系统 的 中性 点 在 其 它 地方 有接 地 的或 者是 系统 中 同时有 另一个 接地 故障 的 存在 ( 即不接 地 系统发 生 的 2点 接地故 障 ) ， 那么 ， 保护 装置就 有 可 能 检测 到 故 障 零序 电流 。但 是 ， 此时 这个 零 序 电 流 与 变 压 器 差 动 保 护 的制 动 无 关 ， 因为 当区外 发生 故 障 时保 护 区 内并 没 有零 序 电流 的产生 。 而 变 压 器 中 性 点 如 果 是 直 接 L i 接 地 的 或 者 是 经 三 电阻 接 地 的运 行 厶 方 式 的时候 ， 当保 护 区 内有 接 地 故 障 发生 的时候 ， 就 绕组2 绕组1 图 2 变压器 区外故障 有 可能有 故 障 电流 通 过 接 地 中 性 点 流 入 保 护 区 内。因此 ， 为 了反 映保 护 区一个 完 整 的流 人 量 就 必须将 这个 零序 电流包 括 在 电 流运 算 中 。如 图 2 所示 ， 系统 中有一 个 区外故 障 ， 该 故障 产生 了一个 对 应 于 中性 点流 人 电流 ( 一3 I 。 ) 的零 序 流 出 电 流 ( 一 。 一 一3 I 。 ) 。结 果 是 这 些 电 流 互 相 抵 消 了 。 这种 情 况 下 ， 7 UT6装 置 中对 应 与 接 地 侧 的 完 整矩 阵方程 式 ( 2 ) 包括 了所 有 的流 人 电流 。 A J B c I l J I 2 。 1 3 s P s P J s P ( 2 ) I s p 对 应 于 一 3 j 。 。 区 内 故 障 时 ， 零 序 电 流 被 包 含进 矩 阵方程 ， 同 时 区外 故 障 时线 路 电流 的零 序 分量 被 中性 点 电流所 补 偿 。使 用 这 种方 法 ， 可 以完全 消除 区外 故 障 时 的零 序 电流 ， 并 且 区 内故 障可 以获得 百分 之百 的灵敏 度 。 但 是在很 多 情况 下 ， 由 于变 压 器 中性 点 没 有 安 装零 序 TA， 中 性 点 电 流 就 无 法 获 得 。 由于 缺 少 ， 流入 电 流之合 也就 无法 获得 ， 此时 ， 零序 电 流 就必 须从 三相 电流 中消除 。这 种情况 下 的电流 匹配矩 阵如式 ( 3 ) ： A B c f 2 1 1 1 l J 1 2 1 l l l l 一1 1 2 J 1 2 3 ( 3 ) 式 ( 3 ) 矩 阵 的作 用 就 是从 三 相 电 流 中将 零 序 电流 消 除 ， 计算 结果 如下 ： 1 3( 2 J _1 1 2 1 3 ) 一 l 3( 3 l I I 2 一 3) 一1 3( 3 一3 J 。 ) 一 一J 。 但是 ， 这种 消除零 序 电流 的方法 有一 个缺点 ， 就是 保护 区 内接 地 故 障 时保 护 灵 敏 度 的下 降 ( 只 剩 2 3 ， 由于零 序 电流相 当 于 1 3 相 电流) 。 3 3故 障原 因分析 由于该 厂 主变 高压 侧 中性 点 是 直接 接 地 的 ， 且 该 厂使用 的 7 UT6装置 接人 了高压 侧 的零序 电 流 ， 同时在差 动保 护 功 能 中主 变星 形 侧 也设 定 了 采 用外部 零 序 TA 的零 序 电流消 除方法 ， 那么 ， 为 何 在发生 区外 故 障 的 时 候 差 动 保 护 会 动 作 出 口 呢 ?通过 分析 故 障录波 ， 发现 在故 障录 波 中 ， 高压 侧 2个 5 0 0 k V 断路 器 中流 过 的零序 电流 与主 变 高 压 侧 中性 点 T A 测 量 到 的零 序 电 流 是 同相 位 的 。而实 际情 况是 ， 装 置 中接 入 的 相 电流 和 中性 点 电流极性 端都 是 指 向主 变 的 ， 即 当发 生 区外 接 地 故 障 的时候 ， 由三 相 电流 得 到 的 3 。与 中性 点 零 序 电流 I 。 的二 次 电流 从装 置 里 面看 应该 是 反 相 的。技术 人员 推 测 ， 可 能 是 由 于零 序 T A 的极 性 错误 ， 导致 差 动保 护 误 判 区外 接 地 故 障 为 区 内 接 地故 障而 引起 了动作 出 口。经 现场 检查二 次接 线 ， 与技术人员分析的故 障原 因一致。将 中性点 零序 T A 的极性 修 正后 ， 经试 验 ， 对 区 内保 护能 正 确 动作 ， 而对 区外故 障保 护能 可靠 不动作 。 4暴 露 的 问题 在一 套差 动保 护 装 置 投运 之 前 ， 首 先 要 验 证 其各 侧 T A 二次 接线 的正 确性 。因为 当有 任意 一 一 75 、 J O O 1 0 1 0 O 1 O 1 O 0 ， ， 1 l 一 上 海 电力 2 0 1 0 年第 1 期 侧 ( 或两侧 ) 的一相 、 两相 或 三 相 的 T A 的极 性 接 反 ， 就会使 得该相 测量 到 的电流 向量反 相 ， 导致 保 护 区外部穿 越性 故 障 和 正常 运 行 时 ， 保 护 装 置 可 能会 发生误 动作 ， 而变 压器 内部故 障时 ， 保 护则 有 可 能拒动 。 有多种 方法 可以用来 判 断各相 TA 的极 性是 否 正确 ， 通 常使 用 六角 图 来判 断 TA 二次 接 线 的 正确 性 。当然 ， 也 可 以 以某一 相 电压 向量 为 参考 向量 ， 分 别对 变 压器 各 侧各 相 T A 二 次 回路 进行 测量 ， 来判 断二次 接线 的正确性 。 通过这 次故 障 时保 护 的动作 情 况 ， 暴 露 出 了 设备 调试过 程 中存 在 的一 些 问题 。当调试人 员对 变压 器各侧 进行 极性 检查 和 核相 工 作 时 ， 有 时会 忽 略对 中性 点零序 TA 的极性 检查 。因为在 进行 带负荷 试验 时 ， 通 常加入 的是 三相平衡 电流 ， 此 时 没有零 序 电流 ， 当保 护 调试 人 员 看 到零 序 电 流 为 零 时 ， 想 当然地认 为 TA 的接线 是正 确 的， 而忽 略 了其极 性 的正确性 。而本 次 故障恰恰 暴露 了 由于 差动保 护装 置在投 运之前 没有 检查零 序 T A 的极 性 ， 最 终发 生 了在 区外 发 生单 相 接 地故 障 时 差动 保护 的误 动作 。 5 结 语 差 动保 护是变 压 器 的 主保 护 ， 其 应该 满 足 可 靠性 、 选 择性 、 灵 敏性 以及 速动 性 的要 求 ， 但 因其 结 构 比较 复杂 ， 接线 比较繁 琐 ， 在 安装及 检修 改造 过程 中很 有 可 能 留下 隐 患 。因此 ， 在 差 动保 护 的 设 计 、 施 工 、 验 收 、 投 产及 以后 的检 修改 造过程 中 ， 必 须严格 按照 规程 的要求 ， 认 真分 析 ， 把好 其 中的 每一个技 术关 ， 确 保 做 到 T A 型号 、 变 比 、 1 0 误 差 曲线 、 二次接 线 方 式及 二 次 电流 接 地方 式 等 方 面都 必须 正确 。特别 是 当有 零序 TA接人 到差 动 保 护 回路 中的时候 ， 必须 要 验 证这 个 中性 点 零 序 TA接 线和极 性 的正 确 性 ， 并 且 要 验 证 保 护 整 定 值 中对于 零序 TA极性 的整 定值 。杜绝类 似差 动 保 护误动 事故 的再次 发生 。 收 稿 日期 ： 2 0 0 9 - 1 2 - 1 作者 简 介 ： 姚 荆 ( 1 9 7 7 一 ) ， 男 ， 上 海人 ， 硕 士 研 究 生 ， 工 程 师， 从 事继电保护及综合 自动化工作。 ( 责 任 编 辑 ： 杜 建 军 ) 排放削减率居全国之首 上海提前实现“ 十一五” 减排 目标 据 上海科技报 2 0 1 0年 3月 1 0日报道 ： 2 0 1 0年上 海市节能减 排和应对 气候变化 工作会议传 出 消息 ， 上海市节能减 排 目标完成进度 已快于“ 十一五” 规划 时间进度 。去年 ， 上海万元生 产总值综合 能耗预计 比 2 0 0 8年 下降 6 1 7 ， 二氧化硫 、 化学需氧量排放总量分别 比 2 0 0 8年下降 1 5 O 5 和 8 7 4 ， 削减率居全 国之首 ， 已提前一年实 现“ 十一五” 减排 目标 。 上海“ 十一五” 期间单位 G D P能耗降幅总 目标为 2 O 左 右， 今年 是“ 十一五 ” 最后 一年 ， 全 市将确保 完成这一 目标。 会议透露 ， 截至 目前 ， 全市“ 十一五” 前 四年单位 GD P能耗降幅累计 已超过 1 7个百分 点。据悉 ， 2 0 1 0年全市 建筑施工业 和商业单位增加值能耗下降 目标为 3 ， 工业单位增加值能耗将下降 3 6 以上 。与此同时 ， 今年上海二氧化硫 、 化学需 氧 量排 放 总量 将 分 别 控 制 在 3 8万 t和 2 5 9 t以 内 ， 上 海 全 年 将新 增 各 类 绿 地 1 0 0 0公 顷 ， 人 工 造 林 1万 亩 ， 届 时 全 市 环 境空气 质量优 良率将达到 8 5 以上 。 全市将 进一步淘 汰和高速落后产能 ， 据介绍 ， 今 年全市需调整项 目在 6 0 0至 7 0 0