关于昆明地铁某主变电所主变压器差动保护选择性缺失的故障分析

袁伟　杨振宇

摘 要：昆明地铁某主变电所自投产以来，在1月21日3点37分、4月25日15点27分两次发生区外单相对地短路故障，穿越至主变电所引起主变压器差动保护误动作跳闸，严重影响地铁供电系统的正常运行。通过对保护配置及各次误动作时录波数据进行分析后认为，主变压器一次接线及保护配置之间存在的设计缺陷、继电保护选择性缺失是导致出现误动作的直接原因。

关键词：电力；地铁；差动保护

由于地铁主变电所承担着整个供电区域的供电任务，一旦发生故障将对地铁运营秩序造成大面积的影响，因此对主变电所的可靠性要求非常高，一旦故障停运将影响本线路供电及车站，后果不堪设想。

该线路主变电所于1月21日凌晨3点37分发生区外环网电缆盗割造成单相接地短路，1号110kv主变压器差动保护跳闸。环网电缆单相接地短路属于主变电所外部故障，主变压器差动保护不应动作，现就主变差动误动作原因进行分析。

1 设备基本情况

该主变电所两台110kv主变压器，单台容量25MVA，YnD11联接，短路阻抗10.5%（分接头位于中间档），正常运行时110kv侧中性点不接地，35kv侧通过T接接地变压器经小电阻（20Ω）接地。两台主变分列运行，互为备用。35kv采用单母线分段接线方式，两段母线间通过母联断路器互联。每段母线设置两回出线，为车站（区间）变电所供电。

110kv主变压器差动保护采用南自PST1261A微机保护装置，该装置对主变高压侧电流和低压侧电流进行采样，其中高压侧差动CT位于110kv GIS内，变比600/1，保护级5P40；低压侧差动CT位于35kv GIS柜内（301一号主变进线柜），变比800/1，保护级5P40，差动保护CT接线均采用星型接法，极性均指向母线侧，由差动保护装置进行星/三角校正。

2 故障分析

为分析系统发生单相接地短路时系统电流电压分布情况，采用对称分量法进行简化计算。计算前对系统进行如下简化：

2.1 由于事发当时系统负荷较小，暂不考虑母线上其他负荷对各序网络参数的影响。

2.2 主变压器、接地变压器阻抗仅考虑感性电抗，不考虑电阻。

2.3 不考虑短路点的接地阻抗，且由于短路计算中主变漏抗及接地变接地阻抗较大，因此忽略电缆对地分布导纳及电缆阻抗。

采用对称分量法建立计算模型，得下图所示电路：

设系统为A短路，则短路点A相三序合成电压为零，B、C相短路点合成三序电流为零，得下用三序对称分量表示的短路边界条件，其中a为复数算子，a=ej120，a2+a+1=0。

根据现场设备相应参数，由上述各式计算可得零序电流234A。因为计算未考虑阻抗网络中的电阻、变电所接地网接地电阻值、110kv电源容量，该计算值应略大于实际发生单相短路的零序电流值。

由于变压器高压侧星接，低压侧三角接，南自PST1261A微机保护装置内采用软件算法对相位进行修正，差动电流的计算公式如下：

其中：Idiffa、Idiffb、Idiffc为A、B、C相差流；

Iah、Ibh、Ich为高压侧A、B、C采样电流；

Ial、Ibl、Icl为低压侧A、B、C采样电流；

0.577是高压侧的平衡系数，0.4242是低压侧平衡系数。

由于35kv侧接地变压器与主变低压侧采用T型接法，因此主变低压侧A、B、C三相采样到的电流和实际低压侧电流之间的关系为：

其中变压器在无内部故障的情况下，若忽略电流互感器的不平衡电流，上式中有：

上式表明，在变压器无内部故障的情况下，通过接地变压器的零序电流微机保护装置计算后会被错认为变压器的差动电流分量。

变压器的差动保护中比例制动特性如下图所示，其中Icd为差动电流定值，Izd为制动电流定值（软件默认为高压侧额定电流）。

3 结束语

该主变电所由于在主变压器低压侧T接接地变压器，正常时由于接地变压器电流很小，不会对保护装置造成干扰。但当系统中零序分量增大时，该零序电流流经接地变压器经小电阻入地，主变差动保护装置计算差动电流时会出现零序分量，当该分量达到一定量值时，即使主变压器无故障，差动保护装置也将动作。由于主变差动速断保护无延时，一旦差流超过整定值将立刻出口，无法通过时限配合来实现保护的选择性。因此当区外发生单相接地故障时，采用接地变T接主变压器低压侧方式存在差动保护误动作跳闸的可能性。endprint

摘 要：昆明地铁某主变电所自投产以来，在1月21日3点37分、4月25日15点27分两次发生区外单相对地短路故障，穿越至主变电所引起主变压器差动保护误动作跳闸，严重影响地铁供电系统的正常运行。通过对保护配置及各次误动作时录波数据进行分析后认为，主变压器一次接线及保护配置之间存在的设计缺陷、继电保护选择性缺失是导致出现误动作的直接原因。

关键词：电力；地铁；差动保护

由于地铁主变电所承担着整个供电区域的供电任务，一旦发生故障将对地铁运营秩序造成大面积的影响，因此对主变电所的可靠性要求非常高，一旦故障停运将影响本线路供电及车站，后果不堪设想。

该线路主变电所于1月21日凌晨3点37分发生区外环网电缆盗割造成单相接地短路，1号110kv主变压器差动保护跳闸。环网电缆单相接地短路属于主变电所外部故障，主变压器差动保护不应动作，现就主变差动误动作原因进行分析。

1 设备基本情况

该主变电所两台110kv主变压器，单台容量25MVA，YnD11联接，短路阻抗10.5%（分接头位于中间档），正常运行时110kv侧中性点不接地，35kv侧通过T接接地变压器经小电阻（20Ω）接地。两台主变分列运行，互为备用。35kv采用单母线分段接线方式，两段母线间通过母联断路器互联。每段母线设置两回出线，为车站（区间）变电所供电。

110kv主变压器差动保护采用南自PST1261A微机保护装置，该装置对主变高压侧电流和低压侧电流进行采样，其中高压侧差动CT位于110kv GIS内，变比600/1，保护级5P40；低压侧差动CT位于35kv GIS柜内（301一号主变进线柜），变比800/1，保护级5P40，差动保护CT接线均采用星型接法，极性均指向母线侧，由差动保护装置进行星/三角校正。

2 故障分析

为分析系统发生单相接地短路时系统电流电压分布情况，采用对称分量法进行简化计算。计算前对系统进行如下简化：

2.1 由于事发当时系统负荷较小，暂不考虑母线上其他负荷对各序网络参数的影响。

2.2 主变压器、接地变压器阻抗仅考虑感性电抗，不考虑电阻。

2.3 不考虑短路点的接地阻抗，且由于短路计算中主变漏抗及接地变接地阻抗较大，因此忽略电缆对地分布导纳及电缆阻抗。

采用对称分量法建立计算模型，得下图所示电路：

设系统为A短路，则短路点A相三序合成电压为零，B、C相短路点合成三序电流为零，得下用三序对称分量表示的短路边界条件，其中a为复数算子，a=ej120，a2+a+1=0。

根据现场设备相应参数，由上述各式计算可得零序电流234A。因为计算未考虑阻抗网络中的电阻、变电所接地网接地电阻值、110kv电源容量，该计算值应略大于实际发生单相短路的零序电流值。

由于变压器高压侧星接，低压侧三角接，南自PST1261A微机保护装置内采用软件算法对相位进行修正，差动电流的计算公式如下：

其中：Idiffa、Idiffb、Idiffc为A、B、C相差流；

Iah、Ibh、Ich为高压侧A、B、C采样电流；

Ial、Ibl、Icl为低压侧A、B、C采样电流；

0.577是高压侧的平衡系数，0.4242是低压侧平衡系数。

由于35kv侧接地变压器与主变低压侧采用T型接法，因此主变低压侧A、B、C三相采样到的电流和实际低压侧电流之间的关系为：

其中变压器在无内部故障的情况下，若忽略电流互感器的不平衡电流，上式中有：

上式表明，在变压器无内部故障的情况下，通过接地变压器的零序电流微机保护装置计算后会被错认为变压器的差动电流分量。

变压器的差动保护中比例制动特性如下图所示，其中Icd为差动电流定值，Izd为制动电流定值（软件默认为高压侧额定电流）。

3 结束语

该主变电所由于在主变压器低压侧T接接地变压器，正常时由于接地变压器电流很小，不会对保护装置造成干扰。但当系统中零序分量增大时，该零序电流流经接地变压器经小电阻入地，主变差动保护装置计算差动电流时会出现零序分量，当该分量达到一定量值时，即使主变压器无故障，差动保护装置也将动作。由于主变差动速断保护无延时，一旦差流超过整定值将立刻出口，无法通过时限配合来实现保护的选择性。因此当区外发生单相接地故障时，采用接地变T接主变压器低压侧方式存在差动保护误动作跳闸的可能性。endprint

摘 要：昆明地铁某主变电所自投产以来，在1月21日3点37分、4月25日15点27分两次发生区外单相对地短路故障，穿越至主变电所引起主变压器差动保护误动作跳闸，严重影响地铁供电系统的正常运行。通过对保护配置及各次误动作时录波数据进行分析后认为，主变压器一次接线及保护配置之间存在的设计缺陷、继电保护选择性缺失是导致出现误动作的直接原因。

关键词：电力；地铁；差动保护

由于地铁主变电所承担着整个供电区域的供电任务，一旦发生故障将对地铁运营秩序造成大面积的影响，因此对主变电所的可靠性要求非常高，一旦故障停运将影响本线路供电及车站，后果不堪设想。

该线路主变电所于1月21日凌晨3点37分发生区外环网电缆盗割造成单相接地短路，1号110kv主变压器差动保护跳闸。环网电缆单相接地短路属于主变电所外部故障，主变压器差动保护不应动作，现就主变差动误动作原因进行分析。

1 设备基本情况

该主变电所两台110kv主变压器，单台容量25MVA，YnD11联接，短路阻抗10.5%（分接头位于中间档），正常运行时110kv侧中性点不接地，35kv侧通过T接接地变压器经小电阻（20Ω）接地。两台主变分列运行，互为备用。35kv采用单母线分段接线方式，两段母线间通过母联断路器互联。每段母线设置两回出线，为车站（区间）变电所供电。

110kv主变压器差动保护采用南自PST1261A微机保护装置，该装置对主变高压侧电流和低压侧电流进行采样，其中高压侧差动CT位于110kv GIS内，变比600/1，保护级5P40；低压侧差动CT位于35kv GIS柜内（301一号主变进线柜），变比800/1，保护级5P40，差动保护CT接线均采用星型接法，极性均指向母线侧，由差动保护装置进行星/三角校正。

2 故障分析

为分析系统发生单相接地短路时系统电流电压分布情况，采用对称分量法进行简化计算。计算前对系统进行如下简化：

2.1 由于事发当时系统负荷较小，暂不考虑母线上其他负荷对各序网络参数的影响。

2.2 主变压器、接地变压器阻抗仅考虑感性电抗，不考虑电阻。

2.3 不考虑短路点的接地阻抗，且由于短路计算中主变漏抗及接地变接地阻抗较大，因此忽略电缆对地分布导纳及电缆阻抗。

采用对称分量法建立计算模型，得下图所示电路：

设系统为A短路，则短路点A相三序合成电压为零，B、C相短路点合成三序电流为零，得下用三序对称分量表示的短路边界条件，其中a为复数算子，a=ej120，a2+a+1=0。

根据现场设备相应参数，由上述各式计算可得零序电流234A。因为计算未考虑阻抗网络中的电阻、变电所接地网接地电阻值、110kv电源容量，该计算值应略大于实际发生单相短路的零序电流值。

由于变压器高压侧星接，低压侧三角接，南自PST1261A微机保护装置内采用软件算法对相位进行修正，差动电流的计算公式如下：

其中：Idiffa、Idiffb、Idiffc为A、B、C相差流；

Iah、Ibh、Ich为高压侧A、B、C采样电流；

Ial、Ibl、Icl为低压侧A、B、C采样电流；

0.577是高压侧的平衡系数，0.4242是低压侧平衡系数。

由于35kv侧接地变压器与主变低压侧采用T型接法，因此主变低压侧A、B、C三相采样到的电流和实际低压侧电流之间的关系为：

其中变压器在无内部故障的情况下，若忽略电流互感器的不平衡电流，上式中有：

上式表明，在变压器无内部故障的情况下，通过接地变压器的零序电流微机保护装置计算后会被错认为变压器的差动电流分量。

变压器的差动保护中比例制动特性如下图所示，其中Icd为差动电流定值，Izd为制动电流定值（软件默认为高压侧额定电流）。

3 结束语

该主变电所由于在主变压器低压侧T接接地变压器，正常时由于接地变压器电流很小，不会对保护装置造成干扰。但当系统中零序分量增大时，该零序电流流经接地变压器经小电阻入地，主变差动保护装置计算差动电流时会出现零序分量，当该分量达到一定量值时，即使主变压器无故障，差动保护装置也将动作。由于主变差动速断保护无延时，一旦差流超过整定值将立刻出口，无法通过时限配合来实现保护的选择性。因此当区外发生单相接地故障时，采用接地变T接主变压器低压侧方式存在差动保护误动作跳闸的可能性。endprint