一起电子式互感器缺陷引起的保护误动分析

黄志华，唐明，董建强

（湖州电力局，浙江湖州313000）

一起电子式互感器缺陷引起的保护误动分析

黄志华，唐明，董建强

（湖州电力局，浙江湖州313000）

针对一次偶发的主变差动保护跳闸的事故，结合智能变电站数据中心录波文件，分析了有源电子式电流互感器对快速动作的差动保护带来的影响，通过现场试验和试验室测试验证了有源电子式电流互感器在设计和出厂试验中存在的隐患，并提出了改进措施，以提高有源电子式电流互感器的可靠性。

智能变电站；继电保护；电子式；电流互感器

随着智能电网的飞速发展，电子式电流互感器以其优良的性能应运而生，作为继电保护信号来源，特别是对于要求快速动作的差动保护，其可靠性问题显得更加突出。

有源电子式电流互感器的一次转换器（信号调理单元）一般有滤波信号调理、A/D转换和数字信号处理等几部分（见图1），在应用中考虑绝缘问题和暂态特性较多，对可靠性考虑比较少。使用时发现信号调理单元所用的开关电源可靠性不高，在失电时内部电子电路元器件（如积分电路等）会出现一个暂态过程，使调理单元产生不正常输出，引起保护误动。

1 主变差动保护动作过程

某智能变电站主变压器（简称主变）两侧采用的是有源电子式电流互感器，投产1年多运行情况正常。某日16:26:24.907，2号主变第2套差动保护动作跳开2号主变三侧开关。

图1 有源电子式互感器组成

查看现场2号主变第2套保护装置故障报告，结合监控系统报文查看和分析，16:26:24.904，2号主变10 kV侧分支1调理单元故障动作，2号主变第2套差动保护动作。16:26:24时，2号主变第2套保护装置10 kV侧分支1的Ia有效值达到7 032 A，达到差动动作值。2号主变第2套保护装置差动保护动作灯亮、告警灯亮。故障报告见表1。

监控后台报文显示：

16:26:24.904，2号主变10 kV侧分支1调理单元故障动作。

16:26:24.907，2号主变第2套差动保护出口跳闸。

16:26:27．916，2号主变10 kV侧分支1调理单元故障复归。

数据中心故障录波波形（见图2）显示2号主变差动保护动作时，其10 kV侧分支1调理单元电流最大有效值7 032 A。

表1 保护录波记录报告

根据表1保护录波记录报告，差流最大值为Ida=661．7 A，制动电流最大值为Ira=673．2 A，二次谐波电流最大值为Id2a=81．8 A，差动启动定值Icd=105 A，比率制动系数Kid=0．5，二次谐波制动比例系数Kxb=0．15，查阅发现Ib=262 A，明显有：

即满足差动保护动作条件，二次谐波制动条件不满足，差动保护动作跳闸，现场记录和理论分析证明保护装置动作正确。

2 故障查找

根据报文分析，异常电流出现时，伴随着“调理单元故障”先发生。在调理单元内部，有1个失电告警继电器，在掉电后继电器返回发出失电告警信号，后台监控报“调理单元故障”，就是接收到了调理单元发出的失电告警信号所致。“调理单元故障”现场为硬接点信号，最有可能的就是调理单元突然失电。

数据中心故障录波波形显示与保护动作时的故障录波波形完全一样。对现场电流回路及调理单元等二次接线进行检查，发现电子式电流互感器的电源接线方式为：从端子排引出1对导线至A相调理单元，从A相调理单元电源接线端子并接至B相调理单元，然后再从B相调理单元电源接线端子并接至C相调理单元，这样，A相、B相2个调理单元的每个电源接线端子上都接了2根单股硬线，而端子的接线孔较小，同时接入2根单股硬线时固定导线的螺钉无法拧紧，从而造成接触不良，在相邻开关柜进行分合闸操作时，震动又很大，极可能造成调理单元反复失电后又上电的情况。

现场对调理单元多次模拟掉电再上电过程，并进行了录波测试（参见图3）。

图3 模拟调理单元失电后又上电时输出电流波形

（1）t1时刻，为正常运行时刻，电流波形正常。

（2）t2时刻，为调理单元失电时刻，电流波形先发生畸变后呈衰减。

（3）t3时刻，为完全断电时刻，电流输出波形为0。

（4）t4时刻，为调理单元上电时刻，电流波形突变并不断衰减。

（5）t5时刻，为正常运行时刻，电流波形正常。

对比跳闸时刻数据中心故障录波波形（见图2）发现波形趋势完全一致，每次失电、上电过程都出现1个很大的干扰电流，最大持续时间70 ms左右，而主变差动保护动作时间一般20 ms左右，足已引起差动保护跳闸。

3 试验室测试

根据现场情况，互感器生产厂家抽取了调理单元样品在试验室进行失电再上电过程的录波测试，测试波形参见图4。

图4 显示情况与现场吻合，证明调理单元在失电后到恢复正常供电之间，确实有1个干扰信号输出。经检测，输出幅值大约为200～400 mV，如一次电流为4 000 A，确实会产生大约7 000 A左右电流指示。

经上述分析，由于2号主变10 kV侧分支1调理单元开关电源失电故障，导致2号主变10 kV侧分支1的Ia电流突变达到7 032 A，2号主变第2套差动保护动作跳开2号主变三侧开关。

图4 试验室测试调理单元失电后又上电的电流波形

4 应对措施

结合本次事故和现场设计、施工情况，为防止因有源电子式电流互感器的信号调理单元异常输出而导致保护装置误动作，特提出如下改进措施及建议：

（1）为确保开关电源的可靠性，每个调理单元的电源线单独从端子排引线（不得并接或同一端子接1根以上导线），确保调理单元和合并单元（或者A/D转换和数字信号处理器）经同一空气开关供电，这样可以保证调理单元在运行过程中供电的可靠性，避免因调理单元单独失电而产生不正常输出信号的可能性。

（2）在调理单元内部增加闭锁回路，在调理单元异常或故障之前（例如开关电源的输出稳定之前），闭锁调理单元或数字转换器的输出。

（3）采用低功率的电子式电流互感器时，建议A/D转换、数字信号处理等环节在互感器内实现，直接输出数字信号给合并单元。

5 结语

通过对本次事故的分析和现场、试验室测试的结果表明，继电保护对有源电子式电流互感器输出的可靠性要求非常高，必须确保不输出异常干扰信号。目前发现各厂家调理单元供能电源和回路各异，有直流输入，也有交流输入，回路设计可靠性差，必须进行规范，确保有源电子式电流互感器在智能电网中运行的可靠性。

[1]DL/T 860.5-2006变电站通信网络和系统[S].北京：中国电力出版社，2006.

[2]陈应林.OET700电子式互感器的结构与性能[J].变压器，2006，43（6）:1-5.

[3]高翔.数字化变电站应用技术[M].北京：中国电力出版社，2008.

[4]付小鸥.有源电子式互感器高压侧电路功能方案的研究[J].中国科技信息，2009（5）:21-22.

（本文编辑：杨勇）

下期要目

●1 000 kV变压器零起升压试验电源探讨

●新能源调度自动化系统的设计

●电力电容器外壳耐受爆破能量试验研究

●基于下垂控制的PCS并联运行系统的建模与研究

●轻负荷时期高压电缆充电功率对电网无功平衡的影响分析

●发电厂风机常见振动故障及处理

●凝结水节流调频负荷特性的测试与评估

●厂级机组经济分配系统的设计及应用

●9FA燃机余热锅炉高压过热器的技术改造与监督

●500 kV GIS开关更换技术研究

Analysis on Protection Misoperation Caused by Defect of Electronic Transformer

HUANG Zhi-hua，TANG Ming，DONG Jian-qiang
（Huzhou Electric Power Bureau，Huzhou Zhejiang 313000，China）

Aiming at an occasional main transformer differential protection tripping accidents，the paper，in combination with recorded file in smart substation data center，analyzes the impact of active electronic current transformer on differential protection of the fast action；through field test and laboratory testing，it proves that the hidden dangers of active electronic current transformer in design and factory test and proposes improvements so as to improve the reliability of the active electronic current transformer.

intelligent substation；relaying protection；electronic；current transformer

TM762.1+3

：B

：1007-1881（2013）01-0024-03

2012-08-31

黄志华（1979－），男，湖北蕲春人，工程师，从事电力系统继电保护及自动化工作。