主变压器差动保护动作原因分析及解决

胡进录

华能新能源陕西分公司西安市雁塔区710000

摘要：由于主变压器差动保护误动作导致主变压器故障跳闸，原因是主变压器保护装置生产厂家未考虑中性点经小电阻接地情况，没有及时修改PST-1202A装置差动保护内部定值，从而导致保护装置误动作。采用更改差动保护内部定值实现四侧差动通道任意屏蔽的方法消除了故障。针对故障情况，提出了保护装置生产厂家对装置软件版本进行全面升级、风电场在春检预试中重新对保护装置定值进行校验以及加强对运行人员的技能培训等改进建议。

关键词：风电场；主变压器；中性点；小电阻接地；差动保护；零序电流；保护定值

1风电场概况及运行情况

1.1风电场概况

某风电场规划容量250MW，一期工程安装1台50MVA两卷主变压器（带平衡线圈），二期工程安装2台100MVA主变压器。1号主变压器35kV侧为经小电阻接地方式，单母线接线形式，Ⅰ段与Ⅱ段母线、Ⅱ段与Ⅲ段母线之间装设母线分段断路器，线路共计15回，通过220kV单母线送至某电网。风电场电气接线图见图1所示。

1.2故障前系统运行方式

1号主变压器高压侧201断路器合位，低压侧301断路器合位，35kVⅠ段母线连接的1号SVC391断路器分位，319TV小车式开关在工作位置。35kVⅠ段母线所连接集电线路的351、352、353断路器均在合位，站用变压器由35kV300断路器接带。风电场实时风速10.3m/s，1号主变压器实时负荷15.2MW。352集电线路连接19台风电机组，全部运行正常。352线路实时负荷6.6MW，实时电流11A。

2故障发生及处理过程

2013-01-23T15：56：16，当值值班员发现352、201、301断路器变位，现场检查发现352断路器保护装置零序Ⅰ段保护动作，动作电流6.81A，时间0s，352断路器跳闸。1号主变压器保护A柜（PST-1202A）比率差动保护动作，动作差流1.845A，随即1号主变压器高压侧201断路器、低压侧301断路器跳闸。按照主变压器比率差动保护原理，差动保护应跳主变压器两侧断路器，说明差动保护动作正确。35kV第1组风机出线351断路器、第3组风机出线353断路器、站用变压器300断路器均未跳闸。1号主变压器保护B柜（RCS-978E）保护未动作。400V交流母线失压，直流母线改由蓄电池供电。将站用电切至10kV变压器，站用电恢复运行，电压正常，直流母线恢复为由400V交流母线供电，电压正常。然后将352断路器转检修，将351、353、300断路器转为冷备用；将1号主变压器转检修，投入2号主变压器高压侧零序方向Ⅱ段保护，退出2号主变压器高压侧零序电压、间隙零序电流保护；将2号主变压器高压侧中性点由间隙接地改为经小电阻接地运行方式。

3故障原因分析

3.1现场检查

首先检查了1号主变压器及其两侧断路器范围内的一次设备，情况良好，无弧闪痕迹。其次检查1号主变压器保护A柜差动保护装置，显示事件记录为“比率差动保护动作”。查看保护装置及保护定值单，发现动作差流为1.845A，大于保护定值中设定的1.26A，说明装置可靠动作。查看故障录波图（见图2），发现1号主变压器差动电流回路中，通道1及通道3有3相电流，通道4有1相（L1相）电流，分析为35kV侧零序电流。由于352线路发生L1相接地短路故障，35kV低压侧产生零序电流，且产生零序电流时刻与发生故障时刻相同，说明录波图显示正确。

3.2试验分析差动保护装置误动原因

3.2.1现场试验

从1号主变压器差动保护装置电流回路端子排处，对220kV、35kV侧各相分别加入试验电流，检查差动保护装置动作情况，同时查看装置录波图。

①由220kV侧各相分别引入1.5A试验电流（比率差动整定动作电流为1.3A），220kV侧三相都能使差动保护正确动作。录波图中有与试验电流值相符的电流正弦波形，显示在电流通道1位置。

②由35kV侧各相分别引入差动保护动作整定试验电流，差动保护都能正确动作，且有与试验电流值相符的电流正弦波形，显示在电流通道3位置。

③模拟故障情况，输入1号主变压器35kV侧零序电流3.052A，1号主变压器差动保护装置动作，两侧开关跳闸。

综上，初步判断为35kV侧零序电流分量引入主变压器差动保护中，参与差动保护计算。

3.2.2原因分析

3.2.2.1PST-1202A保护装置动作判据

根据PST-1202A保护装置说明书中比率制动元件保护原理，为了在变压器区外故障时差动保护有可靠的制动作用，同时在内部故障时有较高的灵敏度，其动作判据如下。

①两侧差动：Icdd=|I1+I2|；Izdd=max（|I1|，|I2|）；

②三侧差动：Icdd=|I1+I2+I3|；Izdd=max（|I1|，|I2|，|I3|）；

③四侧差动：Icdd=|I1+I2+I3+I4|；Izdd=max（|I1|，|I2|，|I3|，|I4|）；

④五侧差动：Icdd=|I1+I2+I3+I4+I5|；Izdd=（|I1|+|I2|+|I3|+|I4|+|I5|）/2。

3.2.2.2交流输入插件电流端子定义

咨询厂家相关技术人员，对于中性点接地和不接地系统，交流输入插件电流端子定义见表1所示。

3.2.2.3差动保护装置误动原因

现场保护装置交流输入插件板（AC板）接线情况：No.1AC板为Ⅰ侧电流接入，接220kV侧三相电流；No.2AC板为空；No.3AC板为Ⅲ、Ⅳ侧电流接入，其中，I-1—I-6端子接35kV侧三相电流，I-7、I-8接35kV侧零序电流I0，同时也是Ⅳ侧L1相电流通道。根据四侧差动保护动作判据：Icdd=|I1+I2+I3+I4|，可以明确得出Ⅳ侧L1相电流值，说明35kV侧零序电流已经参与差动保护计算，这是导致1号主变压器差动保护误动作的根本原因。

4解决措施

经分析研究，确定通过更改差动保护装置内部保护定值实现四侧差动通道任意屏蔽的解决方案，PST-1202A保护装置内部保护定值设置见表2所示。

现场查看保护装置内部定值，并对照表2，确认设置为FFFF，表明四侧通道全部使用。因此，如需屏蔽第2侧通道及第4侧通道，需要将最后１位十六进制数F（1111）更改为5（0101），即FFF5。将保护装置内部定值修改后，该故障解决。

5防范措施及建议

通过对本次故障的分析及处理，提出以下相关防范措施及建议。

①由于保护装置本身设计未能考虑到风电场35kV侧中性点经小电阻接地情况，35kV侧零序电流在保护装置中以四侧通道L1相电流的形式出现，要求保护装置生产厂家对装置软件版本进行升级，彻底杜绝此类隐患。

②现场调试人员在调试过程中设定35kV线路过流值偏小，没有及时发现故障隐患。要求风电场在春检预试中重新对保护装置定值进行校验。

③现场运行人员运行经验不足，在进行继电保护装置巡视时未及时发现故障隐患。建议加强专业技能培训，提高运行人员的专业素质。

参考文献

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[3]国电南京自动化股份有限公司.PST-1200系列220kV电压等级数字式变压器保护装置[M].南京：国电南京自动化股份有限公司，2006：6-7.