两起主变压器差动保护在110kV线路重合闸过程中的误动作分析

【摘要】对两起由于110kV线路故障跳闸，在重合闸过程中引起110kV主变差动保护误动作的情况进行分析，根据主变差动保护的原理阐述了主变差动保护动作的原因，并针对差动保护误动问题提出了解决的办法和防范的措施。

【关键词】变压器 线路故障 重合闸 差动保护

1　故障情况介绍

(1)2006年1月29日。河南省鹤壁地区出现持续大雾，2:37分，鹤壁220kV灵山变电站灵浚110kV线路由于雾闪线路瞬时接地，接地距离保护动作跳闸，在重合闸的过程中，浚县110kV城北变电站1#主变比率差动保护动作，主变三侧跳闸，差动保护动作电流1.67A，制动电流3.93A。

(2)2006年2月13日，鹤壁地区再次出现浓雾天气，5:22分，灵浚110kV线路由于雾闪线路单相接地跳闸重合成功。在重合闸的过程中，城北站1#主变比率差动保护再次动作，差动保护动作电流1.87A，制动电流4.43A。

2　故障前设备状况及运行方式

故障前，根据河南电网运行方式要求220kV灵山站主变110kV中性点接地运行。灵浚线路距离保护、零序电流保护投入。重合闸投入。由于灵山站主变是110kV中性点直接接地的运行方式，由灵山变出线的110kV线路运行中若发生一相接地时，就形成接地短路，产生很大的接地电流。接地距离保护动作，开关跳闸切除故障，经一定时间自动重合闸动作再重合。

城北变电站运行方式是浚1#主变运行，2#主变备用，1#主变比率差动保护、差动速断保护、本体保护及后备保护投入，比率差动保护定值：最小动作电流1.4A；最小制动电流3.5A：制动系统0.5、二次谐波制动系数0.2。城北站1#主变是新疆特变生产的SFSZ9-40000／110变压器，2003年7月投运，一直运行良好，2005年预试时主变各项试验结果全部合格。

3　两次主变差动保护动作共性及比率差动保护原理

3.1　主变两次差动保护动作的共性

城北站1#主变两次比率差动保护动作均是在大雾天气灵浚线路由于雾闪接地，灵浚I开关跳闸又重合的过程中发生的。主变差动保护动作后，主变各项试验结果合格，没有发现异常，主变各侧差动保护范围内的设备也试验合格。

3.2　主变比率差动保护原理

城北站主变保护装置是2003年7月投运的许继电气股份有限公司生产的WBH-100微机型变压器成套保护装置，二次谐波制动原理比率差动保护作为变压器的主保护，能反映变压器内部相间短路故障、高压侧单相接地短路及匝间层间短路故障。保护采用二次谐波制动原理，用以躲过变压器空投时励磁涌流造成的保护误动。

比率差动动作方程为：

Iop＞Iop.o

(Ires≤Ires.o时)

Iop≥Iop.o＋S(Ires-Ires.o)

(Ires＞Ires.o 时)

在满足上述两个方程时差动保护动作，式中Lop为差动电流；Iop.o为差动最小动作电流整定值；Ires为制动电流；Ires.o为最小制动电流整定值；S为比率制动特性斜率，各侧电流方向都以指向变压器为正方向。

式中，1、2、3分别为主变高压侧、中压侧、低压侧电流互感器二次侧的电流。

保护利用三相差动电流中的二次谐波分量作为励磁涌流闭锁判据，动作方程如下：

Iop.2＞K×Iop

式中Iop.2为A、B、C三相差动电流中的二次谐波电流；K为二次谐波制动系数；Iop为对应的三相基波差动电流。

由主变比率差动保护动作原理可以看出，差动电流Iop为变压器三侧电流互感器二次侧电流相量和的绝对值，制动电流Ires是变压器三侧电流互感器二次侧电流中绝对值最大者。为躲过变压器空投时的励磁涌流，保护用励磁涌流中的二次谐波量作为闭锁判据。

4　两次主变差动保护动作分析

(1)1月29日2:37分，灵浚110kV线路接地跳闸，在重合的过程中，城北站1#主变比率差动保护动作，差动电流，Iop＝1.67A，制动电流Ires＝3.93A，根据1#主变比率差动保护定值(Iop.o＝1.4A，Ires.o＝3.5A，S＝0.5)，在，Ires＝3.93A时，差动保护动作的临界值为Iop.o＋S(Ires―Ires.o)＝1.4＋0.5×(3.93－3.5)＝1.615A，差动保护动作时差动电流Iop＝1.67A，比差动电流动作临界值1.615A大0.055A。

(2)同理分析，2月13日，1#主变差动保护动作时，差动电流Iop＝1.87A，制动电流Ires＝4.43A。在Ires＝4.43A时，差动保护动作的临界值为Iop.o＋s(Ires－Ires.o)＝1.4＋0.5×(4.43-3.5)＝1.865A，差动保护动作时差动电流Iop＝1.87A，仅比差动电流动作临界值1.865A大0.005A。

城北站1#主变差动保护两次动作均是在灵浚110kV线路故障跳闸又重合的过程中发生的，差动动作电流值均在保护定值的临界值附近。

由于变压器在空投过程中会产生涌流，其涌流大小大约为2-6倍Io根据变压器空投时涌流中二次谐波比较大的特点，目前差动保护普遍采用二次谐波制动原理来躲空投涌流，许继WBH-100微机保护也采用这种保护原理。这两次事故发生后我们查阅相关资料发现2004年的湖南电网曾经出现了5起不同厂家保护设备在进线线路特别是单电源重合闸的过程中发生过差动误动情况。我们和许继公司相关技术人员联系，许继公司极为重视，根据事故情况在国家继电保护检测中心建立数学模型，回放故障暂态过程。通过多次数模和动模试验，发现在线路重合闸带负载投变压器时，其变压器涌流的暂态有以下情况，其涌流中二次谐波比空投时衰减的要快些，个别情况12ms会衰减，不能有效 的闭锁差动保护，在这种情况下会引起保护误动作。

5　采取措施

(1)在保证保护可靠性的原则下，许继公司对差动保护程序中算法作了一些优化，优化后的差动保护程序数模和动模试验一切正常；经过多次试验，没有再出现在线路重合闸带负载投变压器时保护误动的情况。

(2)正确整定谐波制动系数，在0.15-0.20中尽可能整定低值0.15，以保证主变带负荷重合时。主变三相差动电流中的二次谐波分量能达到二次谐波制动系数的要求，有效的闭锁差动保护不误动。

(3)根据许继WBH-100微机型变压器成套保护装置技术说明书要求，比率差动保护最小动作电流一般取变压器高压侧额定电流的0.3-0.5倍，现在城北站1#主变差动保护最小动作电流整定值为1.4A，是主变高压侧额定电流的0.4倍。经过校核在满足灵敏度要求的情况下，可适当抬高差动电流动作门坎，差动保护最小动作电流可整定为高压侧额定电流的0.5倍。

6　对微机型主变差动保护整定的一些看法

近年来，随着微机型保护日益完善和成熟，在电力系统中得到广泛应用，其优越性不言而喻。对于微机型变压器保护。在早期应用中，为保证可靠性，差动保护差动定值倾向在(0.3-0.5)Ie范围。但在实际运行中，发现了一些影响电网稳定的现象。实际上。变压器所带的负荷可能是不一样的，有的是高耗能性负荷，有的负荷谐波量比较大；有的分接头可调节范围比较宽，比较频繁等等。在上述情况下，主变差动保护定值整定在(0.3-0.5)Ie的范围内可能会过于灵敏，引起差动动作。如前两年，在江苏电网发生过几次差动保护动作事件，影响了该地区的电网稳定性，为此江苏中调曾经下文要求该地区电网差动保护差动定值必须大于0.5Ie。《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》继电保护实施细则国电发[2000]589号文在反措6.2.5条中规定，在整定计算发电机、变压器的差动保护时，在保护正确、可靠动作的前提下。不宜整定得过于灵敏，以避免不正确动作。因此，可根据其容量、负荷情况及运行方式适当增大差动定值。在近两年，逐步出现倾向将差动定值整定在(0.5-0.8)Ie范围。后来许多厂家的变压器保护说明书的差动保护差动定值建议范围由原来(0.3-0.5)Ie改为(0.5-1)Ie。根据以上所述，对于浚县城北1 10kV站主变保护的差动定值，可由原来的(0.3-0.5)Ie调整到(0.5-0.8)Ie范围。