亭子口水电站2号主变增量差动保护动作分析

赵国亚

（嘉陵江亭子口水利水电开发有限公司，四川 苍溪 628400）

亭子口水电站2号主变增量差动保护动作分析

赵国亚

（嘉陵江亭子口水利水电开发有限公司，四川 苍溪 628400）

基于故障分量（也称增量）来实现保护的原理，目前已广泛应用于微机保护之中。特别是变压器增量差动保护，对变压器内部轻微匝间故障、高阻性接地故障有其优越性，比带负荷电流的常规比例差动保护灵敏度要高。但雷雨天气变压器保护区外遭雷击时或变压器保护区外发生短路故障时，也易引起微机保护装置增量差动误动作。本文就亭子口水电站2号主变增量差动保护动作进行探讨，仅供参考。

变压器增量差动；动作分析

增量差动保护是利用故障后电流与负荷分量的差值，即故障分量电流来构成的保护装置。习惯上常用△表示故障分量，故障分量差动保护应用于保护装置有其有利的一面，增量差动不受正常运行的负荷电流的影响，具有比比率差动更高的灵敏度，由于比率差动保护的制动电流的选取包括正常的负荷电流，变压器发生弱故障时，比率差动保护由于制动电流大，可能延时动作。增量差动主要解决变压器轻微的匝间故障，高阻接地故障。但是应用故障分量差动保护的保护装置有误动的现象，有必要对其进行进一步分析和说明。本文以亭子口水电站实际运行中一次区外故障为实例，阐述故障分量差动保护实际应用中需要引起注意和解决的问题。

1　现场情况

2014年9月28日08∶59∶51，监控系统报“2号机组故障录波启动”、“2号机组主变保护A套保护动作”、“2号机组主变保护B套保护动作”、“2号机组主变保护A套差动保护动作”、“2号机组主变保护B套差动保护动作”信号；1号、2号发电机出口开关1、2跳闸，500 kV 5001、5003开关跳闸，2号发电机灭磁开关跳闸，1号、2号高厂变低压侧开关801、802跳闸；厂用10 kV系统I、II段母线失电，大坝10 kV I段失电。400 V系统1/2号机自用电、3/4号机自用电、公用I组用电、公用II组用电、照明用电I段进线开关分闸位置，各段母联开关合闸位置。大坝自用电变61B电源开关874开关跳闸，大坝400 V I段电源进线开关461跳闸，大坝400 V I段失电；2号机组事故停机，1号机组转至空载运行，3号、4号机组、3号、4号主变及500 kV开关5002正常运行，全厂总负荷由1 050MW减至500MW。

对2号主变、高厂变保护动作检查情况：2号主变、高厂变保护A柜WFB-802A/F变压器保护装置显示2014年09月28日08∶59∶51.711“主变增量差动”保护动作。查阅保护跳闸出口动作报告，“主变增量差动”保护动作时A相差流0.04 A，B相差流0.04 A，C相差流0.046A。2号主变、高厂变保护B柜WFB-802A/F变压器保护装置显示2014年09月28日08∶59∶51.713“主变增量差动”保护动作。查阅保护跳闸出口动作报告，“主变增量差动”保护动作时A相差流0.041 A，B相差流0.039 A，C相差流0.045 A。2号主变、高厂变其余保护无异常情况。

10 kV系统保护检查情况：大坝10 kV I段大坝用电变61B电源开关874保护装置报“过流I段t1动作，过流I段t2动作”；现场查阅保护动作报告，在2014年09月28日08∶59∶51过流I段保护动作，动作时A相电流58A，B相46 A，C相45A。802开关柜保护装置无保护动作信号，无异常启动信号。

故障录波情况：2号机故障录波数据表明，在2014年09月28日08∶59∶51.497开始，高厂变12B低压侧电流A、B相由约10 A左右电流突增至1 200 A，经过约45ms后，发展成三相短路，短路电流经过20ms后，发展成三相金属性短路，短路电流由1 200 A增大至7 000 A左右（最大电流近到7 400 A），持续近3个周波后，08∶59∶51.723故障电流消失。

2　原因分析

主变压器差动保护的两差动电流分别取自主变高压侧和GCB开关靠发电机侧，高厂变及其分支在差动保护范围内。主变差动保护配置了比率差动、差动速断和增量差动保护。增量差动为厂家内部整定，其启动值为0.2Ie，折算至主变高压侧（保护装置默认基准侧）的差流增量启动值为0.022 7 A；大坝用电变61B电源开关保护装置I段（无延时，速断）值按躲过变压器三相短路电流整定，整定值为40A；事故从开始出现到保护动作开关跳闸，持续时间不超过0.13 s，而从大坝变到机组保护，各级延时保护最短动作时限为0.3 s，故本次分析不考虑延时保护。

2014年9月28日08∶59∶51.497，大坝自用电变61B发生A、B相间短路，电流由正常运行时10 A左右突增至相间短路时电流1 200 A，折算至874开关二次电流值为30 A，折算至主变差动保护电流值为0.008 A，均达不到速断保护动作值。

经过约45ms后，发展成三相短路，电流未明显增大，维持在1 200A多点。再经过20ms后，发展成三相金属性短路，短路电流由1200A增大至7000A左右，折算至874开关二次电流值为175 A（由于874开关CT严重饱和，电流值不但达不到5P20极限100 A，反而下降，保护装置动作电流只有58 A属于合理），折算至主变差动保护电流值为0.0467A，增量差流值为0.038 7 A，均大于速断保护动作值，故主变增量差动保护和874开关I段保护均动作。

由于主变差动保护没有引入高厂变分支，高厂变低压侧三相金属短路时，差动保护感受电流：Icd==0.47In＝0.053 A。现在主变比率差动按0.6In整定，增量差动按0.2In整定，故比率差动能躲过高厂变低压侧三相金属性短路电流，而增量差动不能躲过高厂变低压侧三相金属性短路电流。增量差动保护动作方程如下：

其中：Iop=|△I˙d|，△I˙d=△I˙1+△I˙2+…△I˙n；

△I˙max为△I˙1，△I˙2，…△I˙n中幅值最大者；

Ires=|max{△I˙1，△I˙2，…△I˙n}|

从装置的动作报告分析，增量差动动作值（最大0.046A）远大于增量差动最小动作电流0.2Ie（0.0227A），满足以上动作方程，符合增量差动保护动作条件。

3　解决办法

由于增量差动保护的灵敏度很高，故障过程中各侧的电流畸变产生的增量对保护装置的动作行为影响很大。理论上增量差动保护有效地消除了正常负荷分量下不平衡电流的影响，可以作到使动作特性在坐标原点附近的死区很小，故障分量差流最小启动值△Idmin和故障分量拐点制动电流△Irmin可以取较小值。但是考虑到CT暂态传变时发生畸变、装置的测量精度和装置的电路性能等因素的影响。故障分量差流最小启动值△Idmin不能取得太小。否则，当发生区外轻微故障时，故障电流中负荷电流占了较大的比例，发生故障时暂态误差的影响可能使差动电流增大，制动电流减小，故障分量差动保护制动性能偏弱，引起保护误动作，其增量差动保护动作特性如图1所示。

图1

从图1可以看出，为了提高该装置在发生区外故障时的可靠性，可将故障分量差动保护的拐点制动电流取小一些，即适当将斜线向横轴左方平移。本例亭子口水电站WFB-802A保护装置如果将斜线向横轴左方平移0.3 A，则0.65×（0.024+0.3）=0.21＞0.0227，保护装置能可靠制动，建议把此平移量作为保护装置的一项定值，以便运行中积累经验。

[1]陆于平，史世文，吴济安，等.微机发电机差动保护[J].电力自动化设备，1999（1）.

[2]尹项根，陈德树，张哲，等.故障分量差动保护[J].电力系统自动化，1999（11）：13-17.

[3]李毅军.对故障分量原理的微机型发变组差动保护装置在运行中一些问题的探讨[J].电力系统保护与控制，1996（4）：55-62.

[4]许继电气.WFB-802A/F型微机保护装置原理说明书[Z].许昌，2012.

TM772

B

1672-5387（2016）11-0020-02

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.11.006

2016-09-07

赵国亚（1984-），男，助理工程师，从事水电站电气二次设备维护检修工作。