智能站变压器小区差动保护异常的分析与处理

倪赛赛， 刘科， 崔力心

(1.国网甘肃省电力公司电力科学研究院，甘肃 兰州　730050； 2.中国能源建设集团甘肃省电力设计院有限公司，甘肃 兰州　730050)



智能站变压器小区差动保护异常的分析与处理

倪赛赛1， 刘科2， 崔力心1

(1.国网甘肃省电力公司电力科学研究院，甘肃 兰州730050； 2.中国能源建设集团甘肃省电力设计院有限公司，甘肃 兰州730050)

750 kV电压等级变压器为提高差动保护的灵敏度，配套有分相差动与低压侧小区差动保护相结合的保护类型，不仅能解决纵联差动保护的转角问题，而且可以大幅提高低压侧故障的灵敏度。在某750 kV变压器启动过程中，两套主变保护低压侧小区差动均出现了异常差流，导致启动过程被迫停止。通过查阅设计图纸和现场接线，解决了设计错误造成电流重复转角计算的问题，PRS-778T保护装置恢复正常。通过分析主变本体合并单元延时，解决了由于额定延时设置不一致造成存在相位差的问题，最终WBH-801T保护装置异常消除。

分相差动保护；低压侧小区差动保护；自耦变压器；合并单元；额定延时；转角计算

0　引　言

随着西北电网750 kV主干网架的架设，超高压大容量变压器得到越来越多的应用，其投切将给系统造成较大的扰动。在选择大型自耦变压器继电保护时，除保证其安全运行外，还需根据变压器特点配置特殊保护功能，防止保护装置误动或拒动[1-3]。

750 kV变压器差动保护配置差动速断、纵差保护、分侧差动、分相差动、低压侧小区差动保护和故障分量差动保护。低压小区差动保护作为差动主保护之一，是由低压侧三角形两相绕组内部CT和一个反映两相绕组差电流的外附CT构成的差动保护，作为低压开关与低压绕组CT间的区域保护，对变压器低压侧保护意义重大[4-8]。

本文通过对一起750 kV智能变电站低压侧小区差动保护的异常处理，介绍低压侧小区差动保护在750 kV变压器保护中的应用，分析引起变压器小区差动保护异常的原因，探讨智能变电站同步对保护的影响。

1　低压侧小区差动保护

根据国家电网公司继电保护“六统一”设计规范要求，750 kV电压等级变压器配置纵差保护或分相差动保护，若仅配置分相差动保护，在低压侧有外附CT时，需配置不需整定的低压侧小区差动保护。750 kV变压器分相差动+低压侧小区差动保护配置示意图如图1所示[9]。

图1　分相差动+低压侧小区差动保护配置示意图

由图1可以得到，分相差动保护的范围为变压器750 kV、330 kV侧外附CT和低压侧三角内部套管CT之间的区域，低压侧小区差动保护的范围为低压侧三角内部套管CT和66 kV两分支外附CT之间的区域。分相差动与低压侧小区差动相结合的保护范围与变压器纵差保护范围是一致的，能完整保护整个变压器，可以反映变压器内部各侧各种故障。相比纵差保护，大型变压器配置分相差动+低压侧小区差动保护能解决变压器转角问题，提高低压侧短路故障的灵敏度。

2　小区差动保护异常情况

2.1变电站概况

西北某750 kV智能变电站采用3/2接线方式，安装一台ODFPS-700000/750GY型单相自耦变压器，主变66 kV侧安装三组电抗器和二组电容器，变电站330 kV部分暂不具备启动条件。主变第一套为WBH-801T保护装置，第二套为PRS-778G保护装置。变电站主接线图如图2所示。

图2　某750 kV智能变电站主接线图

2.2小区差动异常

利用MD线为启动电源给新投运设备带电，站内750 kVI母、#1主变及7551、7521开关已带电正常，主变保护装置三侧电压核相已正确。为进一步校核主变差动保护，利用投切低压电抗器的办法来验证电流极性，检查变压器的各差动保护差流值。投入#3电抗器以后两套主变小区差动相关电流见表1、表2所示。

表1　WBH-801T小区差动数据

表2　PCS-978G小区差动数据

从表1、表2得到两套主变保护的低压侧小区差动保护均出现了差流异常。

3　设计检查及处理

以WBH-801T保护为例，低压侧小区差动保护用于差动计算的电流分别取自低压侧外附CT和低压侧三角内部套管CT。小区差动保护不需要定值整定，其动作斜率固定为0.5。小区差动动作方程为:

其中Iop为动作电流，Ires为制动电流，Ie为低压侧外附CT额定电流，三相对应的动作电流和制动电流方程如下：

检查变压器低压侧小区差动保护实际接线如图3所示。主变本体智能控制柜低压套管合并单元A相电流为主变低压侧套管CT的A相与B相电流的矢量差，进行了一次矢量转角处理。

图3　小区差动保护电流接线图

图4　设计失误造成小区差动保护异常矢量图

根据小区差动保护原理，保护装置对低压侧三角内部CT电流进行矢量转角处理，根据实际现场接线，低压侧三角内部CT电流又进行了一次转角处理，从而导致保护重复转角存在差流。现场接线保护矢量图如图4所示。

从矢量图看出A相差流Iop.a与低压侧外附CT电流大小一致，与实际PCS-778T变压器保护装置异常现象一致。调整#1主变低压侧套管CT绕组接线后，PCS-778T变压器保护小区差动保护异常消除。

4　额定延时引起的差流分析

4.1WBH-801T调整接线后的异常现象

变压器低压侧小区差动保护正确接线后，WBH-801T变压器保护依然存在异常，具体小区差动数据如表3所示。

表3　调整接线后WBH-801T小区差动数据

与PCS-778T保护装置小区差动采样数据比较得到，低压侧套管CT电流与正确电流存在相位差是导致WBH-801T保护小区差动异常的原因。根据智能变电站主变保护直接采样的特点[10]，利用抓包工具得到主变本体MU额定延时与主变保护其他侧MU设置不一致是导致低压侧套管CT电流相位异常的原因。

4.2额定延时产生电流相位差分析

750 kV麦积山变电站采用电磁式互感器+合并单元的模式。合并单元采集电磁式互感器的二次电流电压，将模拟量转换为数字量后，以IEC61850-9-2的帧结构将电流、电压信号合并处理传输给间隔层设备。变压器保护需要采集各侧电流电压值，为使保护装置正确动作需要将各电流电压量在时间上同步，而产生同步最根本的原因就是传输延时的问题[11-12]。

对于常规互感器+合并单元模式的延时主要是由合并单元自身延时导致。当电流电压经合并单元转换为SMV-9-2输出时就会产生延时，这些延时包括A/D变换时间、数据接收时间、数据处理时间和数据发送延时，而且不同厂家的合并单元产生的延时不会完全相同[13-14]。为了消除不同合并单元延时不一致的问题，通常采用同步的方法来解决，即所有合并单元接收到电磁式互感器输入的电流电压后，都等待一定的时间后再同时将电流电压输出给保护测控装置，保护测控装置解析数据报文中的时标，进行时间或相角补偿。

合并单元保护数据采样频率为4 kHz，对于50 Hz电力系统而言，一个周波采样80个点，一个点是1/4 000 s，即250 μs，因此1μs相差的电角度为0.018°。1号主变本体合并单元A设置的额定延时与主变保护其他合并单元相差700。由于额定延时单位为μs，即保护在电流计算过程中与实际电流相差了700×0.018°=12.6°。额定延时对电流的幅值没有影响，也即主变保护接收处理的低压侧套管CT电流幅值正确，相位上与正确电流差12.6°，由于相位错误导致低压侧小区差动保护计算中存在差流。额定延时导致小区差动异常向量图如图5所示。根据向量图得到差动电流：

0.238=0.053(A)

图5　额定延时造成小区差动保护异常矢量图

差流数值与异常现象一致。重新设置额定延时后，WBH-801T主变保护装置低压侧小区差动保护异常得到消除。

5　结束语

为提高750 kV变压器低压侧短路差动保护的灵敏度，需要配置低压侧小区差动保护。在设计及安装过程中，需要特别注意理解低压侧小区差动保护的原理，正确选择低压侧三角内部CT接线，避免重复矢量计算导致出现差流。智能变电站合并单元额定延时对保护同步计算产生较大影响，调试过程中需特别注意对额定延时的测试，确保多电气量保护不应额定延时设置错误导致保护异常。作为750 kV变压器主保护之一，在设计、调试、运维阶段需要加强对变压器小区差动保护的重视。

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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

国网甘肃省电力公司科技项目(522722140045)。

10.3969/j.issn.1000-3886.2016.02.026

TM41

A

1000-3886(2016)02-0084-03

倪赛赛(1984 -)，男，江苏启东人，硕士生，工程师，研究方向：电力系统故障分析及继电保护技术研究。刘科(1983 -)，女，陕西大荔人，硕士生，工程师，研究方向：电力系统继电保护技术研究与设计。崔力心(1978 -)，男，甘肃兰州人，大学本科，工程师，研究方向：电力系统继电保护技术研究。

定稿日期: 2015-09-16