智能站變壓器小區(qū)差動保護異常的分析與處理

倪賽賽， 劉科， 崔力心

(1.國網(wǎng)甘肅省電力公司電力科學(xué)研究院，甘肅 蘭州　730050； 2.中國能源建設(shè)集團甘肅省電力設(shè)計院有限公司，甘肅 蘭州　730050)

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智能站變壓器小區(qū)差動保護異常的分析與處理

倪賽賽1， 劉科2， 崔力心1

(1.國網(wǎng)甘肅省電力公司電力科學(xué)研究院，甘肅 蘭州730050； 2.中國能源建設(shè)集團甘肅省電力設(shè)計院有限公司，甘肅 蘭州730050)

750 kV電壓等級變壓器為提高差動保護的靈敏度，配套有分相差動與低壓側(cè)小區(qū)差動保護相結(jié)合的保護類型，不僅能解決縱聯(lián)差動保護的轉(zhuǎn)角問題，而且可以大幅提高低壓側(cè)故障的靈敏度。在某750 kV變壓器啟動過程中，兩套主變保護低壓側(cè)小區(qū)差動均出現(xiàn)了異常差流，導(dǎo)致啟動過程被迫停止。通過查閱設(shè)計圖紙和現(xiàn)場接線，解決了設(shè)計錯誤造成電流重復(fù)轉(zhuǎn)角計算的問題，PRS-778T保護裝置恢復(fù)正常。通過分析主變本體合并單元延時，解決了由于額定延時設(shè)置不一致造成存在相位差的問題，最終WBH-801T保護裝置異常消除。

分相差動保護；低壓側(cè)小區(qū)差動保護；自耦變壓器；合并單元；額定延時；轉(zhuǎn)角計算

0　引　言

隨著西北電網(wǎng)750 kV主干網(wǎng)架的架設(shè)，超高壓大容量變壓器得到越來越多的應(yīng)用，其投切將給系統(tǒng)造成較大的擾動。在選擇大型自耦變壓器繼電保護時，除保證其安全運行外，還需根據(jù)變壓器特點配置特殊保護功能，防止保護裝置誤動或拒動[1-3]。

750 kV變壓器差動保護配置差動速斷、縱差保護、分側(cè)差動、分相差動、低壓側(cè)小區(qū)差動保護和故障分量差動保護。低壓小區(qū)差動保護作為差動主保護之一，是由低壓側(cè)三角形兩相繞組內(nèi)部CT和一個反映兩相繞組差電流的外附CT構(gòu)成的差動保護，作為低壓開關(guān)與低壓繞組CT間的區(qū)域保護，對變壓器低壓側(cè)保護意義重大[4-8]。

本文通過對一起750 kV智能變電站低壓側(cè)小區(qū)差動保護的異常處理，介紹低壓側(cè)小區(qū)差動保護在750 kV變壓器保護中的應(yīng)用，分析引起變壓器小區(qū)差動保護異常的原因，探討智能變電站同步對保護的影響。

1　低壓側(cè)小區(qū)差動保護

根據(jù)國家電網(wǎng)公司繼電保護“六統(tǒng)一”設(shè)計規(guī)范要求，750 kV電壓等級變壓器配置縱差保護或分相差動保護，若僅配置分相差動保護，在低壓側(cè)有外附CT時，需配置不需整定的低壓側(cè)小區(qū)差動保護。750 kV變壓器分相差動+低壓側(cè)小區(qū)差動保護配置示意圖如圖1所示[9]。

圖1　分相差動+低壓側(cè)小區(qū)差動保護配置示意圖

由圖1可以得到，分相差動保護的范圍為變壓器750 kV、330 kV側(cè)外附CT和低壓側(cè)三角內(nèi)部套管CT之間的區(qū)域，低壓側(cè)小區(qū)差動保護的范圍為低壓側(cè)三角內(nèi)部套管CT和66 kV兩分支外附CT之間的區(qū)域。分相差動與低壓側(cè)小區(qū)差動相結(jié)合的保護范圍與變壓器縱差保護范圍是一致的，能完整保護整個變壓器，可以反映變壓器內(nèi)部各側(cè)各種故障。相比縱差保護，大型變壓器配置分相差動+低壓側(cè)小區(qū)差動保護能解決變壓器轉(zhuǎn)角問題，提高低壓側(cè)短路故障的靈敏度。

2　小區(qū)差動保護異常情況

2.1變電站概況

西北某750 kV智能變電站采用3/2接線方式，安裝一臺ODFPS-700000/750GY型單相自耦變壓器，主變66 kV側(cè)安裝三組電抗器和二組電容器，變電站330 kV部分暫不具備啟動條件。主變第一套為WBH-801T保護裝置，第二套為PRS-778G保護裝置。變電站主接線圖如圖2所示。

圖2　某750 kV智能變電站主接線圖

2.2小區(qū)差動異常

利用MD線為啟動電源給新投運設(shè)備帶電，站內(nèi)750 kVI母、#1主變及7551、7521開關(guān)已帶電正常，主變保護裝置三側(cè)電壓核相已正確。為進一步校核主變差動保護，利用投切低壓電抗器的辦法來驗證電流極性，檢查變壓器的各差動保護差流值。投入#3電抗器以后兩套主變小區(qū)差動相關(guān)電流見表1、表2所示。

表1　WBH-801T小區(qū)差動數(shù)據(jù)

表2　PCS-978G小區(qū)差動數(shù)據(jù)

從表1、表2得到兩套主變保護的低壓側(cè)小區(qū)差動保護均出現(xiàn)了差流異常。

3　設(shè)計檢查及處理

以WBH-801T保護為例，低壓側(cè)小區(qū)差動保護用于差動計算的電流分別取自低壓側(cè)外附CT和低壓側(cè)三角內(nèi)部套管CT。小區(qū)差動保護不需要定值整定，其動作斜率固定為0.5。小區(qū)差動動作方程為:

其中Iop為動作電流，Ires為制動電流，Ie為低壓側(cè)外附CT額定電流，三相對應(yīng)的動作電流和制動電流方程如下：

檢查變壓器低壓側(cè)小區(qū)差動保護實際接線如圖3所示。主變本體智能控制柜低壓套管合并單元A相電流為主變低壓側(cè)套管CT的A相與B相電流的矢量差，進行了一次矢量轉(zhuǎn)角處理。

圖3　小區(qū)差動保護電流接線圖

圖4　設(shè)計失誤造成小區(qū)差動保護異常矢量圖

根據(jù)小區(qū)差動保護原理，保護裝置對低壓側(cè)三角內(nèi)部CT電流進行矢量轉(zhuǎn)角處理，根據(jù)實際現(xiàn)場接線，低壓側(cè)三角內(nèi)部CT電流又進行了一次轉(zhuǎn)角處理，從而導(dǎo)致保護重復(fù)轉(zhuǎn)角存在差流?，F(xiàn)場接線保護矢量圖如圖4所示。

從矢量圖看出A相差流Iop.a與低壓側(cè)外附CT電流大小一致，與實際PCS-778T變壓器保護裝置異?，F(xiàn)象一致。調(diào)整#1主變低壓側(cè)套管CT繞組接線后，PCS-778T變壓器保護小區(qū)差動保護異常消除。

4　額定延時引起的差流分析

4.1WBH-801T調(diào)整接線后的異常現(xiàn)象

變壓器低壓側(cè)小區(qū)差動保護正確接線后，WBH-801T變壓器保護依然存在異常，具體小區(qū)差動數(shù)據(jù)如表3所示。

表3　調(diào)整接線后WBH-801T小區(qū)差動數(shù)據(jù)

與PCS-778T保護裝置小區(qū)差動采樣數(shù)據(jù)比較得到，低壓側(cè)套管CT電流與正確電流存在相位差是導(dǎo)致WBH-801T保護小區(qū)差動異常的原因。根據(jù)智能變電站主變保護直接采樣的特點[10]，利用抓包工具得到主變本體MU額定延時與主變保護其他側(cè)MU設(shè)置不一致是導(dǎo)致低壓側(cè)套管CT電流相位異常的原因。

4.2額定延時產(chǎn)生電流相位差分析

750 kV麥積山變電站采用電磁式互感器+合并單元的模式。合并單元采集電磁式互感器的二次電流電壓，將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后，以IEC61850-9-2的幀結(jié)構(gòu)將電流、電壓信號合并處理傳輸給間隔層設(shè)備。變壓器保護需要采集各側(cè)電流電壓值，為使保護裝置正確動作需要將各電流電壓量在時間上同步，而產(chǎn)生同步最根本的原因就是傳輸延時的問題[11-12]。

對于常規(guī)互感器+合并單元模式的延時主要是由合并單元自身延時導(dǎo)致。當(dāng)電流電壓經(jīng)合并單元轉(zhuǎn)換為SMV-9-2輸出時就會產(chǎn)生延時，這些延時包括A/D變換時間、數(shù)據(jù)接收時間、數(shù)據(jù)處理時間和數(shù)據(jù)發(fā)送延時，而且不同廠家的合并單元產(chǎn)生的延時不會完全相同[13-14]。為了消除不同合并單元延時不一致的問題，通常采用同步的方法來解決，即所有合并單元接收到電磁式互感器輸入的電流電壓后，都等待一定的時間后再同時將電流電壓輸出給保護測控裝置，保護測控裝置解析數(shù)據(jù)報文中的時標(biāo)，進行時間或相角補償。

合并單元保護數(shù)據(jù)采樣頻率為4 kHz，對于50 Hz電力系統(tǒng)而言，一個周波采樣80個點，一個點是1/4 000 s，即250 μs，因此1μs相差的電角度為0.018°。1號主變本體合并單元A設(shè)置的額定延時與主變保護其他合并單元相差700。由于額定延時單位為μs，即保護在電流計算過程中與實際電流相差了700×0.018°=12.6°。額定延時對電流的幅值沒有影響，也即主變保護接收處理的低壓側(cè)套管CT電流幅值正確，相位上與正確電流差12.6°，由于相位錯誤導(dǎo)致低壓側(cè)小區(qū)差動保護計算中存在差流。額定延時導(dǎo)致小區(qū)差動異常向量圖如圖5所示。根據(jù)向量圖得到差動電流：

0.238=0.053(A)

圖5　額定延時造成小區(qū)差動保護異常矢量圖

差流數(shù)值與異?，F(xiàn)象一致。重新設(shè)置額定延時后，WBH-801T主變保護裝置低壓側(cè)小區(qū)差動保護異常得到消除。

5　結(jié)束語

為提高750 kV變壓器低壓側(cè)短路差動保護的靈敏度，需要配置低壓側(cè)小區(qū)差動保護。在設(shè)計及安裝過程中，需要特別注意理解低壓側(cè)小區(qū)差動保護的原理，正確選擇低壓側(cè)三角內(nèi)部CT接線，避免重復(fù)矢量計算導(dǎo)致出現(xiàn)差流。智能變電站合并單元額定延時對保護同步計算產(chǎn)生較大影響，調(diào)試過程中需特別注意對額定延時的測試，確保多電氣量保護不應(yīng)額定延時設(shè)置錯誤導(dǎo)致保護異常。作為750 kV變壓器主保護之一，在設(shè)計、調(diào)試、運維階段需要加強對變壓器小區(qū)差動保護的重視。

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Analysis and Treatment of Abnormal Limit Zone Differential Protection for Intelligent Station Transformers

NI Sai-sai1, LIU Ke2, CUI Li-xin1

(1.Electric Power Research Institute, State Grid Gansu Electric Power Co., Lanzhou Gansu 730050, China;2. Gansu Electric Power Design Institute Co., Ltd., China Energy Construction Group, Lanzhou Gansu 730050, China)

To improve the sensitivity of its differential protection, 750kV level transformers are provided with phase segregated differential protection combined with limit zone differential protection for low-voltage side to solve the problem of rotation angle in longitudinal differential protection and to significantly raise the sensitivity of low-voltage side faults as well. In the start-up process of a 750kV transformer, an abnormal differential flow appears in the limit zone differential protection for low-voltage side of both main transformers, resulting in a forced suspension of the starting process. By consulting design drawings and field wiring, we solved the problem of repeated calculation of current rotation angle as a design error, and PRS-778T protection device was restored to its normal operation. After analyzing the time delay of the emerging unit of the main transformer proper, we solved the problem of phase difference attributable to inconsistent setting of rated time delay, and finally eliminated the abnormality with WBH-801T protection device.

phase segregated differential protection; limit zone differential protections for low-voltage side; auto-transformer;merging unit; rated time delay; calculation of rotation angle

國網(wǎng)甘肅省電力公司科技項目(522722140045)。

10.3969/j.issn.1000-3886.2016.02.026

TM41

A

1000-3886(2016)02-0084-03

倪賽賽(1984 -)，男，江蘇啟東人，碩士生，工程師，研究方向：電力系統(tǒng)故障分析及繼電保護技術(shù)研究。劉科(1983 -)，女，陜西大荔人，碩士生，工程師，研究方向：電力系統(tǒng)繼電保護技術(shù)研究與設(shè)計。崔力心(1978 -)，男，甘肅蘭州人，大學(xué)本科，工程師，研究方向：電力系統(tǒng)繼電保護技術(shù)研究。

定稿日期: 2015-09-16