一起高壓廠變差動(dòng)速斷區(qū)外故障誤動(dòng)分析

梁紅牛

(山西興能發(fā)電有限公司，山西 太原 030206)

1 故障情況

山西興能發(fā)電有限公司2號(hào)300 MW發(fā)電機(jī)組采用單元接線，高壓廠用電系統(tǒng)采用6 kV中性點(diǎn)不接地運(yùn)行方式。電流互感器只裝在A、C兩相，見圖1. B相電流采用A、C兩相電流矢量之和。高壓廠用變壓器差動(dòng)速斷整定值為7IN(IN為額定電流)。2017年9月23日高壓廠用變壓器A分支發(fā)生三相短路故障，用變壓器差動(dòng)速斷保護(hù)出口動(dòng)作。

圖1 廠用電電流互感器接線示意圖

2 高壓廠用變壓器各參數(shù)

高壓廠用變壓器各側(cè)差動(dòng)電流值(各波形幅值為保護(hù)啟動(dòng)后1～2個(gè)周期內(nèi)的有效值)見表1.

高壓廠用變壓器各側(cè)差動(dòng)電流波形見圖2.

高壓廠用變壓器各相電流波形見圖3.

3 故障情況分析

表1 高壓廠用變壓器各側(cè)差動(dòng)電流值表

由圖2可以得出，三相短路故障發(fā)生時(shí)三相均出現(xiàn)較大的差動(dòng)電流，且故障發(fā)生后第1個(gè)周期內(nèi)的差動(dòng)電流均為最大。表1中的數(shù)據(jù)為保護(hù)啟動(dòng)后第1～2個(gè)周期內(nèi)的有效值，其中A相差動(dòng)電流為3.18IN、B相差動(dòng)電流為5.26IN，C相差動(dòng)電流為2.09IN. 故障后第1個(gè)周期，按比例值每格為13.55IN，A相差動(dòng)電流峰值為2×13.55IN=27.1IN，B相差動(dòng)電流峰值為2.36×13.55IN=31.98IN，差動(dòng)電流最大相的有效值為0.84×13.55=11.38IN，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了整定值7IN，超過差動(dòng)速斷保護(hù)整定值，導(dǎo)致差動(dòng)速斷保護(hù)誤動(dòng)作。

電流標(biāo)度I(瞬時(shí)值)：13.55IN/格 時(shí)間標(biāo)度T：19.98 ms/格圖2 高壓廠用變壓器各側(cè)差動(dòng)電流波形圖

電流標(biāo)度I(瞬時(shí)值)：35.98 A/格 電壓標(biāo)度U(瞬時(shí)值)：72.78 V/格 時(shí)間標(biāo)度T：19.98 ms/格圖3 高壓廠用變壓器各相電流波形圖

表1中的計(jì)算值取第1～2個(gè)周期內(nèi)的數(shù)據(jù)，主要是考慮電流互感器磁通飽和出現(xiàn)差動(dòng)電流，一般在區(qū)外故障后的第一個(gè)周期后才出現(xiàn)，而該次區(qū)外三相短路故障后，電流互感器很快就磁通飽和。由圖2可以得出：高壓廠用變壓器高壓側(cè)A相的電流互感器在三相短路故障后10 ms時(shí)，出現(xiàn)磁通飽和；B相的電流互感器在三相短路故障后基本未出現(xiàn)磁通飽和；C相的電流互感器在三相短路故障后第1個(gè)周期內(nèi)就出現(xiàn)了深度磁通飽和，之后飽和消失。因此，差動(dòng)電流在第1個(gè)周期內(nèi)就達(dá)到最大值，差動(dòng)電流的出現(xiàn)僅比高壓廠用變壓器高壓側(cè)故障電流出現(xiàn)晚3 ms左右。

由圖3可以得出，發(fā)生三相短路故障時(shí)高壓廠用變壓器A分支三相線電壓降為0，結(jié)合發(fā)生故障后的現(xiàn)場檢查情況，可以認(rèn)定高壓廠用變壓器A分支發(fā)生了三相短路故障。

由于差動(dòng)電流中含有很大的二次諧波分量，比率差動(dòng)保護(hù)被閉鎖，未動(dòng)作。

4 電流互感器磁通飽和分析

發(fā)生三相短路故障時(shí)，高壓廠用變壓器高壓側(cè)電流互感器A、B兩相在故障發(fā)生后10 ms時(shí)開始出現(xiàn)磁通飽和，C相則較早。從圖3發(fā)現(xiàn)，A、B兩相的電流互感器屬于較常見的由于短路電流直流分量引起的暫態(tài)磁通飽和，而C相極可能是由于剩磁和短路電流直流分量疊加引起的深度磁通飽和。高壓廠用變壓器低壓側(cè)A分支由于電壓等級(jí)較低，三相短路電流數(shù)值較大，電流互感器在三相短路故障發(fā)生后3 ms即出現(xiàn)了磁通飽和，而進(jìn)入了穩(wěn)態(tài)飽和區(qū)。這種情況在高壓廠用電系統(tǒng)中經(jīng)常發(fā)生。

5 防止差動(dòng)速斷誤動(dòng)的措施

1) 更換二次回路電纜。繼電保護(hù)用電流互感器二次回路電纜截面應(yīng)保證電流互感器誤差不超過規(guī)定值?？刹捎幂^大截面積的二次回路電纜，由于二次回路電纜較長，推薦采用6 mm2的電纜。但是增加二次回路電纜截面只能減輕二次負(fù)載，降低電流互感器的飽和程度。

2) 更換高壓廠用變壓器低壓側(cè)電流互感器變比。在高壓廠用變壓器低壓側(cè)電流互感器的選擇和設(shè)計(jì)上，務(wù)必要注意低壓側(cè)電流互感器暫態(tài)飽和的問題。根據(jù)保護(hù)特性綜合考慮，暫態(tài)特性應(yīng)滿足繼電保護(hù)要求，保證電流互感器在特定飽和條件下不致影響保護(hù)性能。對(duì)電流互感器的基本要求是保證在穩(wěn)態(tài)短路電流下的誤差不超過規(guī)定值。對(duì)短路電流非周期分量和電流互感器剩磁引起的暫態(tài)飽和影響，可采用伏安特性較好、飽和電壓較高、有較大負(fù)載能力的電流互感器。但是目前中壓系統(tǒng)的電流互感器一般都裝在配電柜真空斷路器間隔內(nèi)，容量較大的電流互感器可能會(huì)無法安裝。

3) 更換CT型號(hào)。同時(shí)也要考慮高壓廠用變壓器差動(dòng)保護(hù)的保護(hù)區(qū)外發(fā)生故障時(shí)，高壓側(cè)電流互感器暫態(tài)飽和的問題。為了減輕可能發(fā)生的暫態(tài)飽和影響選取適當(dāng)?shù)臅簯B(tài)系數(shù)，可更換為PR類電流互感器，限制剩磁影響。

保護(hù)裝置目前利用差動(dòng)電流和制動(dòng)電流的變化量是否同步出現(xiàn)來判斷是發(fā)生區(qū)內(nèi)故障還是區(qū)外故障，同步時(shí)間差<5 ms則認(rèn)定為發(fā)生區(qū)內(nèi)故障，>5 ms則認(rèn)定為發(fā)生區(qū)外故障。但是，對(duì)于這種直流分量的電流互感器剩磁同向疊加且電流互感器二次負(fù)載較小的情況下的區(qū)外故障的判別，5 ms時(shí)間過長。

此外，保護(hù)裝置采取減輕暫態(tài)飽和影響的措施，保證電流互感器在特定的飽和條件下不影響保護(hù)性能，對(duì)降低電流互感器造價(jià)及提高保護(hù)動(dòng)作的可靠性具有重要意義。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 焦彥軍.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理[M].北京：中國電力出版社,2015：13-18.