主变负相序引起差流越限故障分析及处理

2021-05-17 01:23王龙任思敏黎月泰秦川

宁夏电力 2021年2期

王龙，任思敏，黎月泰，秦川

(国网宁夏电力有限公司吴忠供电公司，宁夏吴忠 751100)

变压器是电力系统不可缺少的重要电气设备，它产生的故障将对供电可靠性和系统安全运行带来严重的影响[1],因此，根据变压器容量等级和重要程度，在变压器主保护装设差动保护，用来反应变压器绕组、引出线及套管上的各种短路故障[2]。在变压器差动保护中，为了监视差动启动电流，保护装置都会引入“差流越限”告警功能。在微机变压器差动保护报“差流越限”告警时，应立即采取措施，及时进行处理，以避免差流值继续上升至保护差动启动值，发生保护误动的严重后果[3]。

1 问题的提出

某110 kV变电站2005年建站时，一次系统站内母线标定相别与线路相别不一致，导致站内一次系统出现负相序，二次系统为纠正一次系统错误，在二次电压电流接线时将A相和C相交换；因此，该变电站一次系统负相序，二次系统正相序。

2019年7月12日，在二次系统综自改造工程送电后，该变电站2号主变报“差流越限”告警。二次检修人员根据2号主变异常数据进行分析试验后，将保护装置内“低压侧接线方式钟点数”控制字由“11”改为“1”后，差流减小，“差流越限”告警消失[4]。

2 故障原因分析

该变电站共有2台容量均为63 MVA的主变压器(以下简称主变)，一次联结组别均为Yyd11接线，变比为110 kV/35 kV/10 kV，保护装置型号为PCS-978。为了更好地找出2号主变“差流越限”告警原因，分析影响因素有以下几点：

(1)保护装置插件是否损坏，装置误报。现场查看装置内差流值0.23Ie大于差流越限固定值0.1Ie，同时利用二次电流钳形表测量各侧电流值，与装置显示基本相近，因此装置采样正常，没有误报。

(2)主变调档是否异常。由于南瑞PCS-978保护装置差流是以各侧额定电流为基准值的标幺值进行求和，改变变压器调压分接头会引起不平衡电流[5]，本站只是进行二次继电保护综自改造，并未对一次主变进行调档操作，且定值单与实际电压相符，因此，主变三侧档位正常，电压正常。

(3)主变本体是否发生异常。检修人员现场对2号主变进行检查，未发现异常现象，主变运行正常。

(4)电流二次回路是否异常。为了检查电流回路的完整性，送电前，进行电流互感器一次升流试验，试验结果正确。

(5)实际电流互感器变比和计算变比不同引起的不平衡电流[6]。将定值单、设备铭牌与保护装置设备参数核对检查，变比均相同。

(6)变压器三侧电流互感器极性是否一致。主变高、中、低三侧均是以各侧母线为极性端进行安装，送电前，对三侧电流互感器进行了极性测试，测试正确。

(7)该变电站一次负相序系统是否对差流有影响。查看2号主变送电后的向量测试数据，测试结果如表1所示：1号主变与2号主变并列运行，负荷较小，高、中、低三侧电流向量均为正相序，幅值大小相近，未产生较大零序电流，但主变高压侧电流向量超前低压侧电流向量210°，并非150°[7]，即以低压侧电流方向为基准逆时针旋转210°得到高压侧电流方向。2号主变一次联结组别为Yyd11接线，保护装置整定值同为Yyd11，按照11点接线向量分析，当主变只有高低两侧正常运行时，以逆时针为正，高压Y侧电流向量超前低压Δ侧电流150°[8]，因此，需要对2号主变三侧向量再次进行分析。

表1 2号主变三侧电流向量测试 A

该站主变一次系统负相序，二次回路A相与C相互换，即A相电流二次值通入保护装置C相通道，C相电流二次值通入保护装置A相通道。图1为2号主变高、低压两侧差动保护电流回路，高、中压侧均为Y型接线，低压侧为Δ型11点接线，为了便于分析，图1只显示高低两侧电流回路。其中，IA1、IB1、IC1为高压侧一次电流，IA、IB、IC为高压侧二次电流，Ia1、Ib1、Ic1为低压侧一次绕组电流，Ia1Δ、Ib1Δ、Ic1Δ为低压侧一次线电流，IaΔ、IbΔ、IcΔ为低压侧二次电流，图中箭头为各向量正方向。

图1 2号主变高、低压侧差动保护电流回路

对于变压器Yd11接线，各侧电流关系如图2所示，高压侧一次电流IA1、IB1、IC1为负序向量，低压侧一次线电流Ia1Δ、Ib1Δ、Ic1Δ同为负序向量。在二次侧A和C相电流变换后，同一相电流通入保护装置的相位已发生变化，高压侧二次电流超前低压侧二次电流210°，即IA超前IaΔ角度为210°。因此，保护装置整定值变压器联结组别也将发生变化，由“11”变为“1”接线。

图2 2号主变高、低压侧电流向量

综上所述，该2号主变差流越限报警原因为保护装置变压器联结组别定值整定错误。变电站一次系统负相序、二次接线改接为正相序，使通入装置的电流改变了变压器一次Yyd11联结组别，而作业人员在整定计算时未查别此类变化，仍按照低压侧11点接线方式整定，导致2号主变在送电后，出现差流增大，且差流越限告警的不正常运行状态。

3 故障解决措施

主变保护差流越限是差动电流越限，并未闭锁保护，表明差动电流回路存在问题或装置定值整定有问题。不论告警是否存在自动复归现象，应申请解除主变压器差动保护，检查保护电流回路的完整性，实时观察差流值是否达到差动动作值，同时，向调度部门申请，限制主变负荷，不能使负载进一步提高[9]。

因此，为消除此次故障，根据故障原因分析和继电保护装置异常处理原则，对保护装置做了如下处理：

(1)申请退出2号主变差动保护。运行人员向调控中心申请退出2号主变差动保护，待批准后，将保护装置内差动软压板、差动保护功能控制字和装置外部差动硬压板退出运行。

(2)计算实时电流在Yyd1接线组别下的差流值。为了验证主变一次负相序二次正相序，主变联结组别确由“11”变为“1”，在改变主变保护装置联结组别控制字前，必须进行理论分析。

变压器各侧电流互感器均采用星型接线，极性以母线侧为正极性端，二次电流通入保护装置相位由软件校正[10]。PCS-978保护装置采用Δ型侧电流转变为Y型调整差流平衡。

①对于11点接线，校正方法如下：

②对于1点接线，校正方法如下：

式中：Ia、Ib、Ic—Δ侧CT二次电流；

从上述公式可以得出:11点接线方式下，Δ侧电流校正后实则顺时针旋转了30°；1点接线方式下，Δ侧电流校正后实则逆时针旋转了30°，如图3所示，Iah、Iam、Ial分别为通入保护装置的高、中、低三侧的实际电流，Ial(11)为装置整定11接线校正后的电流，Ial(1)为装置整定1接线校正后的电流。

图3 2号主变三侧A相电流向量

因1号主变处于检修状态，2号主变单台运行，负荷增大，2号主变三侧实际电流向量测试结果如表2所示。

表2 2号主变三侧实际电流向量测试 A

将三侧实际电流值以各侧额定值为基准值换算成标幺值后，高中低三侧电流标幺值分别为0.45Ie、0.349Ie、0.236Ie。将上述标幺值分别代入11点和1点接线方式下的差流计算公式中，方可计算出主变差流值。

① Yyd11接线方式下计算公式。

Ix=0.45cos 25.5°-│0.349cos 232°│-

│0.236cos(188°+30°)│=0.005 3Ie

Iy=0.45sin 25.5°-│0.349sin 232°│-

│0.236sin(188°+30°)│=-0.226 6Ie

② Yyd1接线方式下计算公式。

Ix=0.45cos 25.5°-│0.349cos 232°│-

│0.236cos(188°-30°)│=-0.027 6Ie

Iy=0.45sin 25.5°-│0.349sin 232°│+

│0.236sin(188°-30°)│=0.007Ie

式中:Ix、Iy—主变差动电流横纵坐标轴分量;

Id—差动计算值。

计算结果显示：在Yyd11接线时，理论差流计算值0.226 6Ie与装置实际差流显示值0.234Ie基本接近；在Yyd1 接线情况下，理论差流计算值0.028 4Ie，差流已接近平衡状态。

(3)经过理论分析、验算，运行人员将2号主变差动保护装置“低压侧接线方式钟点数”整定控制字由“11”改为“1”，差流显示0.034Ie，与理论差流计算值接近。

(4)申请投入2号主变差动保护。运行人员向调控中心申请投入2号主变差动保护，待批准后，将保护装置内差动软压板、差动保护功能控制字和装置外部差动硬压板投入运行，差流越限告警消失，2号主变正常运行。

4 效果评价

(1)通过更改2号主变联结组别定值后，2号主变差流越限告警消失，三侧电流恢复平衡状态，消除了差动动作隐患，保证了主变安全可靠运行。

(2)为了验证2号主变差动保护装置在Yyd11定值下差动保护动作值，在1号主变检修时，将1号主变联结组别设定为11接线，同时在1号主变高低侧加入如表3所示的试验电流，差动动作，算出差动值0.691Ie。表中，高压侧电流超前低压侧电流210°，用于模拟电流相位实际情况。

表3 1号主变三侧电流试验电流 A

当1号主变联结组别设定为1接线时，同样加入表3电流值数据，算出的差流值为0.002Ie，差动保护不动作。因此，当低压侧负荷电流增大到3.8 A时，保护装置在Yyd11定值下，装置会误动作;同时，当主变低压侧区外故障时，高低压侧电流会突变增大，也会导致主变越级差动动作，给主变带来重大的安全隐患。

5 结论