110 kV变压器差动保护误动作分析与改进

杨 静，刘丛洲，夏 超，张时敏，孙东杰，汤大海

(国网江苏省电力有限公司镇江供电分公司，江苏 镇江 212001)

0 引言

智能变电站运行过程中,由于智能化继电保护装置设计不完善,现场工作人员对智能化保护装置有关基础知识和运行维护手段掌握不够,时而会发生智能化继电保护装置误动作故障。镇江电网就出现了一起110 kV某变电站因智能化继电保护装置厂家设计不完善导致变压器差动保护误动作的案例。通过对该变压器差动保护动作行为进行分析,提出了相应的设计改进措施及反事故措施建议。

1 事故经过及继电保护动作情况

1.1 事故前系统的运行方式

事故前系统的一次运行方式如图1所示,该变电站为单母线分段接线,110 kVⅠ段和110 kVⅡ段母线,两路电源分别经1,2号变压器供给。

图1 事故前的变电站主接线

1.2 事件描述

2016-10-31T08：38：33.607,镇 江 电 网 某110 kV变电站1号变压器iPACS-5941D差动保护装置B相动作,各侧开关跳开后,保护装置比率差动B相动作返回。保护装置型号为iPACS-5941D_D121185；合并单元、智能终端厂家：上海思源弘瑞。

2016-10-30,该变电站变压器差动保护不断发出差动保护差流异常信号。12：55：38：515,差动保护差流异常,0→1；23：16：10.836,差动保护差流异常,1→0；23：16：20.830,差动保护差流异常,0→1；23：20：12.139,差动保护差流异常,1→0。

一直不停的反复变位,直到2016-10-31T05：57：41.528,差动保护差流异常,0→1；08：38：33.607,保护DSP (数字信号处理芯片)启动,B相差动电流0.5Ie(Ie为主变高压侧额定电流,本案例为0.875 A）比率差动B相元件13 ms动作,差动保护装置动作跳开各侧开关后,差动保护差流异常告警消失。

2 故障波形及保护动作行为分析

1号变压器差动保护动作跳闸后,工作人员到达现场,对变压器各电气部分进行了故障点查找,并未发现该变压器有明显故障现象；调取了该变压器保护故障录波,并未发现有短路电流,只有负荷电流。通过分析,判断这是一起变压器差动保护误动作,要求变压器差动保护装置制造厂家一同分析。

2.1 保护装置动作波形分析

从该保护装置录波波形可以看出,高压侧电流原始采样瞬时数据不再变化,近似于0,低压侧电流原始采样数据正常为正弦波,导致产生差流,T1～T2期间,仅B相差流刚好大于差流启动定值0.5Ie,正是因为高压侧原始采样数据异常,导致了保护装置保护DSP启动及动作跳闸。

2.2 变压器差动保护装置动作行为分析

2.2.1 初步分析

根据对上述保护装置录波的具体分析和事件发生前后的所有事件记录分析,得出以下可能的原因：

(1) 差动保护跳闸出口原因。装置保护DSP采集到的高压侧采样数据存在异常,数据持续异常后致使装置计算出来的差动电流进入了动作区,保护比率差动保护元件动作。

(2) 高压侧异常采样数据来源可能性分析。高压侧合并单元(merging unit,MU)发送了异常采样数据,或保护装置自己产生了异常采样数据。

2.2.2 试验验证

现场针对数据异常发生的可能性进行了以下试验验证：

(1) 事件发生后在差动保护装置未断电的情况下,通过在高压侧MU持续施加电流,发现高压侧保护采样值始终为0,启动采样值正常；对保护高压侧接收光纤进行抓包,结果显示外部数据源数据正常。

(2) 用变压器差动保护制造厂家调试软件查看装置内部标记,并无数据异常,查看原始采样数据,原始采样数据是不断变化的,但用于保护计算的采样数据与录波中显示的数据一致。逐步查看内部标记,发现内部存储的固定参数被改写,有一个bit (二进制信息最小单位)从0变成1,导致用于保护计算的高压侧采样数据不再更新,从而产生了差流。因此,装置不断电的情况下,利用调试工具,将异常的bit进行了1→0的调整,之后高压侧保护采样恢复正常,装置运行正常。

为确定固定参数由0变成1的原因,将板件拿回变压器差动保护制造厂家后,进一步做各种实验,在温度快速升高时复现了该现象。

(3) 从保护装置内部录波标记可看出,差动保护装置的保护数字信号处理(digital signal processing, DSP)启动时,本该启动的DSP元件并未启动,可以确认当时两路A/D (模数转换)数据存在不一致。装置对MU原始采样数据进行了双A/D不一致校验、异常大数据校验和异常直流校验,但因为达不到双A/D异常判据门槛0.2In(In为电流互感器二次额定电流,本案例为5 A,0.2In为1 A,0.5Ie＜0.2In),故保护DSP并未判出双A/D不一致,未能报告数据异常闭锁差动保护。

2.2.3 原因分析

现场装置为2015年5月投运,当时变压器差动保护制造厂家的设计方案是保护装置内部分为启动DSP和保护DSP,分别独立处理MU发送来的双路A/D采样数据,启动DSP向智能终端发送启动GOOSE (面向通用对象的变电站事件,用于传输保护与智能终端之间的信息)命令,保护DSP向智能终端发送跳闸GOOSE命令,这两条命令各自独立,智能终端必须同时接受到GOOSE启动和GOOSE跳闸命令时才能跳闸出口。由于两路GOOSE命令是根据双A/D通道采样数据,由不同DSP独立进行判别,当双A/D不一致时,即使一路A/D异常达到动作条件,该厂家的智能终端装置也不会出口。但本站使用的是思源弘瑞的智能终端没有关联启动GOOSE,也就没有独立启动元件,造成了本次动作行为异常。

2.3 设计改进

针对上述造成变压器差动保护这种误动作的原因,该厂家进行了设计改进：

(1) 最新的保护装置程序所有GOOSE跳闸信号均需经启动DSP启动才能开放,智能终端只需要关联跳闸GOOSE,不再需要关联启动GOOSE。

(2) 增加了独立的启动元件,独立的启动元件启动才能开放保护装置的跳闸电源。

2.4 反事故措施

为防止同类型变压器差动保护出现误动作,镇江电网实施了以下反事故措施：

(1) 差动保护装置更换中央处理器(central processing unit,CPU)板件,保护装置程序升级至最新版本。由于内部存储的固定参数被改写,使读取状态出现异常,仅在该变电站首次出现,故将其他站同类保护装置程序升级至最新版本,避免CPU单一器件出现异常时,保护误动。

(2) 根据实验室的试验结果,温度升高有可能导致内部参数变化,因此将该型号变压器保护的柜门换成带孔洞的网门,另适当调低控制室空调温度,保证保护装置的运行环境温度,从而改善了保护装置的散热性能,防止由于保护装置内部温度过高,造成保护装置不正常运行而误动作。

2.5 改进后的运行效果

通过上述设计改进和相应的保护装置反事故措施,该变电站变压器差动保护装置运行至今已有4年,未再出现过异常和误动作。

3 结论

通过对某110 kV变压器差动保护装置误动作原因的分析和设计改进,得出下列结论：

(1) 变压器差动保护装置误动作是由设计缺陷引起的。

(2) 温度升高会对变压器差动保护装置的内部参数产生影响。

(3) 对变压器差动保护装置进行的设计改进和反事故措施是有效的。