主變復(fù)閉過流方向保護(hù)誤動作原因分析

卿向東(中國石油化工股份有限公司巴陵分公司，湖南岳陽414014)

主變復(fù)閉過流方向保護(hù)誤動作原因分析

卿向東
(中國石油化工股份有限公司巴陵分公司，湖南岳陽414014)

針對某石化企業(yè)110 kV變電站中主變復(fù)閉過流方向保護(hù)的一起誤動作情況，通過對接地過程中的故障信息進(jìn)行了分析，找出了保護(hù)誤動作的原因，針對正反方向動作情況作了進(jìn)一步分析，提出了解決方案。

主變；復(fù)閉過流方向保護(hù)；誤動作

某石化企業(yè)變電站站內(nèi)110 kV線路電壓受電源側(cè)外部故障擾動造成接地短路，電壓下降，發(fā)電機(jī)強(qiáng)勵動作，主變低壓側(cè)復(fù)閉過流方向保護(hù)誤動作跳低壓側(cè)開關(guān)，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)帶Ⅰ段系統(tǒng)孤網(wǎng)運(yùn)行，待電源側(cè)110 kV線路保護(hù)動作切除故障后，系統(tǒng)恢復(fù)正常。

1 故障經(jīng)過

1.1 故障前運(yùn)行方式

電站主接線如圖1所示。洛洞己線運(yùn)行，500斷路器運(yùn)行，504斷路器熱備用，1、2號主變運(yùn)行，35 kVⅠ母運(yùn)行，1、2號升壓變、1、2號聯(lián)絡(luò)變運(yùn)行，1、2號發(fā)電機(jī)運(yùn)行，分段開關(guān)401、402及母聯(lián)開關(guān)403、404分位，發(fā)電35 MW，從電網(wǎng)進(jìn)電45MW。

圖1 電站主接線圖

1.2 故障的發(fā)生經(jīng)過

洛王變電站洛光紙110 kV線路32號桿塔，因挖機(jī)施工導(dǎo)致拉線斷裂反彈，致使110 kV線路B相接地短路，某電站內(nèi)110 kV 502洛洞己線路B相電壓受擾動影響下降至額定電壓的42%，35 kVⅠB段母線電壓下降至額定電壓的70%，導(dǎo)致1、2號發(fā)電機(jī)強(qiáng)勵動作，2號主變低后備保護(hù)復(fù)閉過流方向保護(hù)動作跳低壓側(cè)406開關(guān)后，35 kVⅠB段系統(tǒng)被解列，因2號主變跳閘前外吸電為28 MW，解列后由于功率缺額較大，35 kVⅠB段系統(tǒng)頻率下降至48.5 Hz，電壓繼續(xù)下降至額定電壓的40%，并伴有震蕩，35 kVⅠB段出線快切低頻啟動切換至35 kVⅠA段運(yùn)行，低周減載動作切除非重要負(fù)荷后，1號發(fā)電機(jī)帶35 kVⅠB段系統(tǒng)趨于穩(wěn)定孤網(wǎng)運(yùn)行。1 s后，洛光紙110 kV線路電源側(cè)開關(guān)接地距離保護(hù)Ⅱ段動作，故障切除，系統(tǒng)恢復(fù)正常。

1.3 主變后備保護(hù)動作情況

1、2號主變后備保護(hù)配置以及整定情況:

110 kV側(cè)配置1段復(fù)閉過流保護(hù)，不帶方向，電流、電壓、負(fù)序電壓定值(二次值)分別為: 6 A、70 V、6 V，電流互感器變比為300/1，經(jīng)過時(shí)限2 s跳開主變高低壓側(cè)開關(guān)510、405(或520、406)開關(guān)。

35 kV側(cè)配置2段復(fù)閉過流方向保護(hù)，方向指向35 kV母線，電流、電壓、負(fù)序電壓定值(二次值)分別為:0.86 A、70 V、6 V，電流互感器變比為1200/1，Ⅰ段時(shí)限0.6 s跳開分段401(或402)開關(guān)，Ⅱ段時(shí)限0.9 s跳開主變低壓側(cè)開關(guān)405(或406)開關(guān)。

接地故障發(fā)生時(shí)，主變后備保護(hù)的動作過程如下:由于三相電壓不平衡，產(chǎn)生負(fù)序電壓，2號主變低后備保護(hù)復(fù)閉方向過流Ⅱ段保護(hù)動作，跳開2號主變406開關(guān)，故障電流為1 099 A，達(dá)到電流整定值1 032 A，因分段開關(guān)401處于分位，復(fù)閉過流Ⅰ段方向保護(hù)不動作，1號主變35 kV側(cè)電流最高為940.98 A，未達(dá)到復(fù)閉過流方向保護(hù)動作條件，故1號主變低壓側(cè)開關(guān)405未跳閘。1、2號主變110 kV側(cè)均未達(dá)到復(fù)閉過流保護(hù)啟動條件，高壓側(cè)復(fù)閉過流保護(hù)不動作。

2 分析

1)因挖機(jī)施工拉線斷裂反彈導(dǎo)致110 kV線路B相接地短路，造成站內(nèi)110 kV母線B相電壓波動，110 kV母線B相電壓下降至額定電壓的42%，如圖2所示。

圖2 110 k母線電壓波動

2)2號主變低后備保護(hù)復(fù)閉過流方向保護(hù)作為35 kV側(cè)母線后備保護(hù)，方向應(yīng)指向35 kV母線，而現(xiàn)場實(shí)際方向?yàn)橹赶?10 kV母線方向，因此導(dǎo)致保護(hù)誤動作。因接地發(fā)生在110 kV側(cè)，2號主變低后備保護(hù)復(fù)閉過流方向保護(hù)(整定值為1 032 A，0.9 s)達(dá)到動作條件(電流1 099 A)，且短于故障線路(洛光紙110 kV線路)保護(hù)動作時(shí)間(1 s)，因此2號主變406開關(guān)先于故障線路開關(guān)跳閘，如圖3所示。

圖3 2號主變406開關(guān)電壓、電流錄波圖

3)1號主變低后備保護(hù)復(fù)閉過流方向保護(hù)(整定值為1 032A，0.9 s)雖然整定、接線同2號主變，但因電流最高為940.98 A未達(dá)到動作條件，1號主變低壓側(cè)開關(guān)405未跳閘，1號主變未解列，如圖4所示。

圖4 1號主變405開關(guān)電壓、電流錄波圖

4)變壓器復(fù)閉過流方向分析

變壓器復(fù)閉過流保護(hù)包括3個條件:低壓元件、負(fù)序電壓元件、過流元件，2個電壓元件是或的關(guān)系，正序一般小于額定電壓的70%左右，負(fù)序電壓大于額定電壓的6%左右，方向閉鎖的復(fù)合電壓閉鎖的過流保護(hù)，具有兩時(shí)限出口，第一時(shí)限出口跳分段開關(guān)；第二時(shí)限跳主變兩側(cè)開關(guān)。正常運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)電壓正常，保護(hù)裝置不動作，當(dāng)外部發(fā)生不對稱短路時(shí)，故障相電流啟動元件動作，負(fù)序電壓繼電器動作，經(jīng)延時(shí)后動作于變壓器兩側(cè)斷路器跳閘，切除故障，如圖5所示。

圖5 復(fù)閉過流方向邏輯圖

對于變壓器兩側(cè)電源110 kV側(cè)，可設(shè)兩段復(fù)閉過流保護(hù)。

①Ⅰ段帶方向，方向如指向110 kV側(cè)母線，作為110 kV側(cè)母線后備，經(jīng)過時(shí)限1跳110 kV母聯(lián)，時(shí)間按與相鄰線相間距離配合整定；經(jīng)過時(shí)限2跳110 kV側(cè)，時(shí)間與時(shí)限1配合整定；

②Ⅱ段不帶方向，保護(hù)動作跳變壓器高低壓側(cè)，時(shí)間按與上下級配合整定。

本次接地故障發(fā)生電站內(nèi)主變110 kV側(cè)復(fù)閉過流保護(hù)整定情況依據(jù)就是上述②中所描述的整定情況。

對于變壓器兩側(cè)電源35 kV側(cè)，可設(shè)兩段復(fù)閉過流保護(hù)。

a.Ⅰ段帶方向，方向如指向35 kV母線，作為35 kV側(cè)母線后備，經(jīng)過時(shí)限1跳35 kV母聯(lián)，時(shí)間按與相鄰線相間距離保護(hù)配合整定；經(jīng)過時(shí)限2跳35 kV側(cè)，時(shí)間與時(shí)限1配合整定；

b.Ⅱ段不帶方向，保護(hù)動作跳變壓器高低壓側(cè)，時(shí)間按與上下級配合整定；

本次接地故障發(fā)生電站站內(nèi)主變35 kV側(cè)復(fù)閉過流方向保護(hù)整定情況依據(jù)就是上述a條中所描述的整定情況，進(jìn)一步驗(yàn)證了方向錯誤導(dǎo)致了本次2號主變復(fù)閉過流方向保護(hù)誤動作，即方向如圖6所示時(shí)，保護(hù)會因110 kV系統(tǒng)故障誤動作，方向如圖7所示時(shí)，保護(hù)正常動作。

圖6 方向指向110 kV，保護(hù)誤動

圖7 方向指向35 kV，保護(hù)正常動作

5)變壓器復(fù)閉過流方向元件的實(shí)現(xiàn)

目前電流方向保護(hù)，廣泛采用的是90°接線:非故障相的相間電壓作為參考量，再根據(jù)電流的相位來判斷方向；如出口三相短路，則用記憶電壓元件。90°接線是在功率因數(shù)為1時(shí)，通入繼電器的電流、電壓夾角為90°；如為0°則為0°接線，如圖8所示。

圖8 90°接線與0°接線

變壓器復(fù)閉過流方向保護(hù)約定正方向?yàn)橹赶虮緜?cè)母線(系統(tǒng))，反方向?yàn)橹赶蜃儔浩骱蛯?cè)母線，其動作區(qū)如圖8所示。此時(shí)如定值設(shè)定為“正方向”即作為本側(cè)母線故障的后備保護(hù)其繼電器靈敏角為135°。如定值設(shè)定為“反方向”即作為對側(cè)母線和變壓器故障的后備保護(hù)其繼電器靈敏角為－45°如圖9所示。

圖9 變壓器復(fù)閉過流方向保護(hù)動作區(qū)

現(xiàn)在微機(jī)型的復(fù)閉過流保護(hù)中，方向元件一般采用以對應(yīng)相序電壓為極化量的方向元件，該元件用0°接線方式，用同名相的對應(yīng)相序電壓和相電流作相位比較，用于保護(hù)正方向短路的正方向元件。

3 解決方案

針對本次保護(hù)誤動作，檢查1、2號主變復(fù)閉方向過流保護(hù)邏輯，修改內(nèi)部方向邏輯，由指向110 kV母線改為指向35 kV母線，并做好帶負(fù)荷在線檢查。

4 結(jié)束語

復(fù)閉過流的方向是在原有保護(hù)的基礎(chǔ)上增加一個功率方向判別元件，以保證在反方向故障時(shí)，把保護(hù)閉鎖起來避免誤動作，可實(shí)現(xiàn)保護(hù)的選擇性，方向元件的接線、方向設(shè)置及邏輯必須在裝置投運(yùn)前或檢修后仔細(xì)檢查確認(rèn)無誤后方可投運(yùn)。

〔1〕美國SEL公司.SEL351微機(jī)保護(hù)裝置使用手冊〔R〕.2011.

〔2〕國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.繼電保護(hù)和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程:GB14285—2006〔S〕.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.

Analysis of Multiple Com pressed Circuit Over-Current Directional Protection Mis Operation in Main Transformer

QING Xiangdong
(China Petrochemical Corporation Baling Company，Yueyang 414014，China)

This paper concentrates on amis operation ofmain transformermultiple compressed circuit over-current directional protection in 110 kV converter station ofa petrochemical corporation.Itanalyzesaccident information in grounding process，and find out the reason for protectionmis operation.This paper further analyzes forward and reverse operation，and then it proposes a solution.

main transformer；multiple compressed circuit over-current directional protection；mis operation

TM86

B

1008-0198(2017)03-0079-04

10.3969/j.issn.1008-0198.2017.03.022

2017-05-03