一起高压厂变差动速断区外故障误动分析

梁红牛

(山西兴能发电有限公司，山西 太原 030206)

1 故障情况

山西兴能发电有限公司2号300 MW发电机组采用单元接线，高压厂用电系统采用6 kV中性点不接地运行方式。电流互感器只装在A、C两相，见图1. B相电流采用A、C两相电流矢量之和。高压厂用变压器差动速断整定值为7IN(IN为额定电流)。2017年9月23日高压厂用变压器A分支发生三相短路故障，用变压器差动速断保护出口动作。

图1 厂用电电流互感器接线示意图

2 高压厂用变压器各参数

高压厂用变压器各侧差动电流值(各波形幅值为保护启动后1～2个周期内的有效值)见表1.

高压厂用变压器各侧差动电流波形见图2.

高压厂用变压器各相电流波形见图3.

3 故障情况分析

表1 高压厂用变压器各侧差动电流值表

由图2可以得出，三相短路故障发生时三相均出现较大的差动电流，且故障发生后第1个周期内的差动电流均为最大。表1中的数据为保护启动后第1～2个周期内的有效值，其中A相差动电流为3.18IN、B相差动电流为5.26IN，C相差动电流为2.09IN. 故障后第1个周期，按比例值每格为13.55IN，A相差动电流峰值为2×13.55IN=27.1IN，B相差动电流峰值为2.36×13.55IN=31.98IN，差动电流最大相的有效值为0.84×13.55=11.38IN，远远超过了整定值7IN，超过差动速断保护整定值，导致差动速断保护误动作。

电流标度I(瞬时值)：13.55IN/格 时间标度T：19.98 ms/格图2 高压厂用变压器各侧差动电流波形图

电流标度I(瞬时值)：35.98 A/格 电压标度U(瞬时值)：72.78 V/格 时间标度T：19.98 ms/格图3 高压厂用变压器各相电流波形图

表1中的计算值取第1～2个周期内的数据，主要是考虑电流互感器磁通饱和出现差动电流，一般在区外故障后的第一个周期后才出现，而该次区外三相短路故障后，电流互感器很快就磁通饱和。由图2可以得出：高压厂用变压器高压侧A相的电流互感器在三相短路故障后10 ms时，出现磁通饱和；B相的电流互感器在三相短路故障后基本未出现磁通饱和；C相的电流互感器在三相短路故障后第1个周期内就出现了深度磁通饱和，之后饱和消失。因此，差动电流在第1个周期内就达到最大值，差动电流的出现仅比高压厂用变压器高压侧故障电流出现晚3 ms左右。

由图3可以得出，发生三相短路故障时高压厂用变压器A分支三相线电压降为0，结合发生故障后的现场检查情况，可以认定高压厂用变压器A分支发生了三相短路故障。

由于差动电流中含有很大的二次谐波分量，比率差动保护被闭锁，未动作。

4 电流互感器磁通饱和分析

发生三相短路故障时，高压厂用变压器高压侧电流互感器A、B两相在故障发生后10 ms时开始出现磁通饱和，C相则较早。从图3发现，A、B两相的电流互感器属于较常见的由于短路电流直流分量引起的暂态磁通饱和，而C相极可能是由于剩磁和短路电流直流分量叠加引起的深度磁通饱和。高压厂用变压器低压侧A分支由于电压等级较低，三相短路电流数值较大，电流互感器在三相短路故障发生后3 ms即出现了磁通饱和，而进入了稳态饱和区。这种情况在高压厂用电系统中经常发生。

5 防止差动速断误动的措施

1) 更换二次回路电缆。继电保护用电流互感器二次回路电缆截面应保证电流互感器误差不超过规定值。可采用较大截面积的二次回路电缆，由于二次回路电缆较长，推荐采用6 mm2的电缆。但是增加二次回路电缆截面只能减轻二次负载，降低电流互感器的饱和程度。

2) 更换高压厂用变压器低压侧电流互感器变比。在高压厂用变压器低压侧电流互感器的选择和设计上，务必要注意低压侧电流互感器暂态饱和的问题。根据保护特性综合考虑，暂态特性应满足继电保护要求，保证电流互感器在特定饱和条件下不致影响保护性能。对电流互感器的基本要求是保证在稳态短路电流下的误差不超过规定值。对短路电流非周期分量和电流互感器剩磁引起的暂态饱和影响，可采用伏安特性较好、饱和电压较高、有较大负载能力的电流互感器。但是目前中压系统的电流互感器一般都装在配电柜真空断路器间隔内，容量较大的电流互感器可能会无法安装。

3) 更换CT型号。同时也要考虑高压厂用变压器差动保护的保护区外发生故障时，高压侧电流互感器暂态饱和的问题。为了减轻可能发生的暂态饱和影响选取适当的暂态系数，可更换为PR类电流互感器，限制剩磁影响。

保护装置目前利用差动电流和制动电流的变化量是否同步出现来判断是发生区内故障还是区外故障，同步时间差<5 ms则认定为发生区内故障，>5 ms则认定为发生区外故障。但是，对于这种直流分量的电流互感器剩磁同向叠加且电流互感器二次负载较小的情况下的区外故障的判别，5 ms时间过长。

此外，保护装置采取减轻暂态饱和影响的措施，保证电流互感器在特定的饱和条件下不影响保护性能，对降低电流互感器造价及提高保护动作的可靠性具有重要意义。

参 考 文 献

[1] 焦彦军.电力系统继电保护原理[M].北京：中国电力出版社,2015：13-18.