主变压器差动保护动作原因分析及解决

摘 要：变压器作为电力系统中的重要元件，在电网中的地位非常重要，因此需要给变压器安装可靠的保护装置，随着微机保护的不断应用，数字变压器保护在电力系统中的应用日益广泛，许多电厂将保护改在为微机综保，在保护器的改造过程中由于设计及施工厂家的失误造成变压器保护误动作的事故频繁发生。由变压器差动保护引起的保护误动频频出现。当变压器发生区外短路故障时，穿越性故障电流比正常运行时要大的多，尤其短路电流中含有较大的非周期分量，如果有一侧TA严重饱和或两侧TA饱和程度不一样，就可能产生较大的不平衡电流，容易引起差动保护误动[1]。

关键词：主变；差动保护；误动作

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.05.137

1 系统结构及事故概况

某电厂变压器差动保护动作后主要概况。7月25日16：40分电气车间主控室事故报警器报警，#1主变差动保护动作，#1发电机出口001开关、灭磁开关跳闸，#1发电机所有表计到零，厂用段后台机全部黑屏，紧接着#2发电机有功负荷到零，这时厂用系统已经全部失电，正在运行的#1、#2汽轮发电机停机，#1、#3锅炉灭火。值长立即安排电气值班员检查厂用段6KV备用电源603开关状态，发现603开关没有自投，即刻抢合603成功，厂用段全部带电并恢复运行系统用电。送电后，锅炉车间值班干部安排操作工启动#1锅炉风机，并逐步投入煤粉升压，同时组织#3锅炉点火。17：30分，#1锅炉主汽压力升至3.0兆帕，17：40分#3锅炉并入蒸汽系统。为确保蒸汽系统快速恢复，#1、#2汽轮机没有启动，在初步原因查明问题集中在#1主变，21：01分#2汽轮机开机并入系统发电。

2 事故原因分析

热电厂全厂失电后，在与上级供电公司联系中得知，在#1主变发生差动保护动作的同时，电网与电炼线同一条母线电百线零序动作（A向瓷瓶击穿，保护动作，一次重合闸成功），电网出现大的波动。

热电厂厂用段失电事故发生前，#1锅炉负荷89t/h，#3锅炉负荷95t/h； #1发电机负荷6.0 MW，#2发电机负荷12.0 MW；#1机分支带厂用一段，#2机分支带厂用二段、零段。#1、#3锅炉辅机分别由#1、#2发电机各带一半。母联开关602投入运行，母联开关601、6300备用，备用电源603开关热备用，

事故分析查找主要从三个方面展开，即#1主变差动保护动作原因；#2发电机分支6022开关跳闸原因；外网电网波动与本次事故的联系。

3 主变差动保护动作原因查找

3个月前对#1主变和#1发电机及#2主变和#2发电机保护方式进行了技术改造后，保护由原来的电磁式改为ABB公司微机综合保护。自投产以来#1主变和#1发电机保护动作频繁，而#2主变和#2发电机保护运行正常，因此怀疑#1主变和#1发电机保护系统本身有问题，厂家一直判断为是与综合保护系统配套的设备、设施原因。本次事故后，怀疑综保系统有问题，联系厂家，厂家仍然认为是配套设备故障，故这次事故的彻底查找中对系统进行全面试验检查，试验内容分为静态试验和动态差动向量试验旨在全面检查与综合保护配合的设备设施存在的问题。

3.1 静态试验

（1）对#1主变、发电机差动接线回路进行了全面检查。结论：接线正确，回路绝缘完好。

（2）对5组电流互感器进行了试验。结论：合格。

（3）测试#1发电机定子绝缘、定子直流电阻、转子阻抗、转子直流电阻。结论：合格。

（4）测试#1主变本体绝缘、变比、直流电阻。结论：合格。对变压器油做了闪点、水份等化验。结论：合格。主变介损、变压器油色谱分析因克市地区没试验单位，故未做。

（5）测试电压互感器、断路器、电抗器、避雷器、电缆。结论：合格。

3.2 动态试验

为进一步确认综保接线的准确性，#1发电机开机正常后，带电负荷4.0MW，进行了差动向量试验。结论：合格。

在静态试验正常的情况下，厂家答应来现场配合查找原因，经确认差动保护误动频繁动的主要原因是ABB综保装置内部设置时将主变接线形式设错及保护定值设置偏小引起。综合保护系统内部主变接线形式错误。热电厂主变中心点接地刀闸平时运行时，按规定必须有一台是接地的，厂家设为不接地。当电网系统接地会产生很大的零序电流、励磁涌流。当时供电公司监测到克网110kV母线上有瞬间接地短路发生，后来证实外网一条110kv线路距离零序保护动作，重合闸一次成功。在电厂线路距离零序保护动作及重合闸时，在电网中产生了很大成分的零序电流和高次谐波分量，在8月27日110kv侧故障C相录波中可以明显看到，故障时，受其影响，C相电流反相，当时1#主变中性点接地方式运行，零序电流通过接地点直接流入主变，导致1#主变相位严重畸变，正常波形A、B、C三相相位角为120度，在事故时A、B、C三相相位角几乎为0，达到瞬间同相，造成变压器差动保护的误动作。

与供电公司联系得知，#1主变差动保护动作时电网中一条110kv线路距离零序保护动作，重合闸一次成功。将上级变电所的监测滤波与热电厂#1主变和滤波进行比较分析，#1主变的波形与上级变电所监测的波形一致，时间一致，因此#1主变差动保护动作与外线零序动作有关。

综保定值设置偏小，为了避免因网上波动等造成差动保护误动作，在综保设计中设置一个门槛差动电流，实际差动电流大于该电流时差动保护才动作，电调中心下的定值为1.15A，而ABB综保装置内部换算后实际动作值为0.45A，二者相差2.62倍，ABB综保装置厂家内部换算错误造成定值偏小是造成主变差动动作的另一个重要原因。

电流互感器饱和特性偏差影响测量准确性[2]。#1发电机出口电流互感器1994年设计、安装、调试和投产，投产后到目前一直使用该电流互感器。事故发生后，对#1主变、发电机差动五组电流互感器做了饱和特性试验，通过试验发现6kV发电机侧CT差动线圈的饱和电压是230V，而6kV分支CT的饱和电压是180V，CT饱和度不同，在发生故障時，如果故障电流过大，则可能会出现一侧CT饱和，一侧CT不饱和，从而引起低压侧电流产生误差[3]。

4 #2发电机分支开关跳闸原因

由于#1主变差动保护动作后，联跳#1汽轮发电机组，厂用6kV一段失电，母联开关601自投，全厂的厂用电负荷转到厂用6kV二段，致使#2分支6022开关过流保护动作（分支保护定值为1332 A，延时1.9S，实际动作值为1443A），造成厂用6kV失电，而此时备用电源603没有自投，最终造成热电厂全厂失电。

#1主变差动保护动作后，#1分支6011开关跳闸，其所带6kV

厂用I段失电， 母联开关601自投，由于#1分支所带的负荷（包括10台高压电机）转到#2分支带，此时#2分支带热电厂所有设备。在恢复对#1分支所带设备供电时，设备自投启动电流很大，引起#2分支6022开关保护动作。通过计算和查看记录，#1分支所带的10高压设备冲击电流最少可达1170A，再加上#2分支本身所带负荷以及当时由于电百线零序动作，系统电压波动，#2分支6022开关总电流最高可达1500A以上，大于#2分支6022开关定值（定值为1332A）， #2分支6022开关过流保护动作，动作时电流为1433A，因此发电机分支定值偏小。

事故前运行方式厂用电保障原则是：一台发电机分支跳闸后，正常运行的发电机分支带全厂的厂用电，正常运行的发电机分支跳闸后，备用电源开关603自投后带全厂的厂用电。该运行方式中正常运行的发电机分支跳闸后，备用电源开关603不自投或其保护动作都会发生全厂失电。因此，虽然有两道防线防止全厂失电，但是如果一旦突破防线，结果就是全厂失电。分支定值计算是建立在经验估算的基础上，目前的运行方式要让任一分支或备用电源瞬间接带全厂负荷的设计思想是正确的，这样可以迅速恢复生产，符合电网对电厂的规范要求，但由于失电时接带全厂负荷的复杂多变性，分支定值经验性计算难以准确匹配，加之备用电源容量不足和分支定值系统试验难以操控，给生产运行埋下了重大隐患。另外，高压开关柜改造后，开关柜保护由原来的电磁式继电器改为目前微机综合保护，开关动作准确和迅速，原来的开关由于保护动作缓慢，动作时间约0.1S，因此开关实际动作时间比设计延后0.1S，从而躲过了开关动作电流。

5 经验教训

厂用段改造项目成立了专门组织，有详细的责任划分和验收要求，虽然由于一些原因影响，计划方案变更较大，执行有一定困难，但主要问题还是在具体问题的处理过程中放松了管理和技术要求，工程质量验收存在把关不严，致使厂家的错误没有得到纠正。预防措施，加强设备和项目管理。

技术人员对综保装置没有全面掌握，造成厂家保护定值设置错误、主变接线形式设错时，未能及时发现和纠正。预防措施加强技术人员对新技术的学习和培训，同时在以后的技术改造过程中要加强监督。

事故前，备用电源603开关过流保护定值为1033A，母联开关601、602过流保护定值为900A，发电机分支开关过流保护定值为1332A。而该保护定值的是开关所带电动机的额定电流加12倍最大电机额定电流之和，该定值在设备正常运行、启动没有问题，但是在母联开关自投瞬间，各转动设备启动电流非常大，并且该电流无法精确计算。因此，原来保护定值计算小于母联开关自投瞬间电流。预防措施，修订的运行方式将降低分支和备用电源的负载而不是提高保护定值，以此避开保护定值无法精确计算的弊端。

经过实验发现6kV发电机侧电流互感器的饱和电压是230V，而6kV分支电流流互感器的饱和电压是180V，电流互感器饱和度不同，在发生故障时，如果故障电流过大，则可能会出现一侧电流流互感器饱和，一侧电流互感器不饱和，从而引起低压侧电流产生误差，这对差动保护有一定影响。另外在检查中发现发电机差动保护出口侧电流取自测量电流互感器，不符合规范，而测量电流互感器线圈饱和度低，对发电机差动保护有一定影响。

参考文献：

[1]苏文博 李鹏博 张高峰.继电保护事故处理技术与实例[M].中国电力出版社，2002.

[2]刘介才.工厂供电[M].机械工业出版社，2007（02）.

[3]袁秀修等.电流互感器和电压互感器[M].中国电力出版社，2011

（03）.

作者简介：赵军（1981-），男，碩士，检维修中心工程师，研究方向：电气工程。