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某110KV变电站变压器差动保护动作原因及分析

作者:曲江变电站     文章来源:曲江变电站    更新时间:2007年11月19日     
内容预览

某110KV变电站变压器差动保护动作原因及分析
潘书燕, 黄飙, 陈永华, 李永国
 (电力自动化研究院南京中德保护控制系统有限公司江苏省南京市210003)
摘要:文章对于某110KV变电站变压器差动保护动作的原因,从事件的形成以及保护的原理给予了详细地分析,同时分析了在单相接地故障情况下,主变高压侧出现了三相电流幅值基本相等,相位基本一致的情况.希望给运行维护人员提供帮助,也给开发人员提供一个参考,以期更好的完善变压器保护的运行和维护,开发出更高质量的变压器差动保护。
关键词:变压器差动保护; 消零

一 某110KV变电站变压器差动保护动作情况
1 动作情况
江苏某110KV变电站,雷击至其110kV线路上(来自现场的110kv线路保护录波分析,有一相电流增大,另外两相电流基本不变,初步分析单相接地,当时雷击点在近变电站侧,线路接地保护II段动作,系统图如图2中分析),造成主变差动保护动作(变压器采用Y/d-11接线)。巡查发现主变中性点的放电间隙有明显的被击穿的痕迹.检查差动保护装置内部的故障记录,发现装置记录的三相差动电流大小相等约为130%的主变额定电流,其故障波形如图1所示,图中分别显示了Y侧和△侧CT上采到的三相电流波形。
 图1(a) Y侧CT上的三相电流波形
Fig.1(a) Three phase current wave for Y side

  
图1(b) △侧CT上的三相电流波形
Fig.1(b) Three phase current wave for △ side

 图1(c) 差动启动与跳闸
Fig.1(c) Pickup and trip of differential protection
图1  变压器差动保护故障录波图
Fig.1 Fault wave record of transformer’s differential protection

2 系统情况介绍
此变电站为110KV降压终端变电站,变压器接线型式为Y/d11,低压侧无电源,根据1中的故障简介,我们初步分析,在雷击过程中,系统表现为图2的所示的形式,N端为此降压终端变电站,上图1中录波图为此变电站中变压器差动保护动作录波图。
 

图2 系统简单示意图:单电源线路上单相接地(A相接地)
Fig.2 Simple network figure: One phase to earth for line with one power supply(phase A to earth)
在近变电站线路侧发生单相接地故障时,主变纵差保护是不应该动作的。所以我们首先对此差动保护装置(采用西门子7UT51)的动作行为及原理特别是对零序电流的处理方法进行仔细的分析:
二:7UT51差动保护动作原理
7UT51系列微机电流差动保护总体来说为具有比率制动特性,带二次谐波及高次谐波制动的分相电流差动保护系统,其最基本原理仍是差动原理。在7UT51中变压器差动保护接线图如图3所示(取电流流入变压器为正方向),差动继电器中差动电流(Id)为各侧电流相量和的模,制动电流(Is)为各侧电流相量模的和。

 
图3 变压器差动保护接线图
Fig.3 Connection diagram of transformer differential protection
7UT51的动作特性曲线如图4所示:
图4 差动保护的动作特性曲线
Fig.4  Operation characteristics of the differential protection.
图4中:
Id>为差动保护起动值,Id>>为差动速断起动值。由Id>,S1,S2,Id>>,F构成差动保护的动作区。
由图3看到,因为流入差动继电器的两侧电流有30度相位差,所以在实现变压器差动保护时装置对两侧测得的电流进行了相应的矢量变换。
在7UT中,矢量变换为“△”向“Y”侧转换
对Y绕组,变换公式如(1)
        (1)
其中  , , 为“Y”型侧实测的二次三相电流相量。
  , , 为“Y”型侧经过匹配处理后用于差动保护比较的三相电流相量。
对△绕组,变换公式如(2)
               (2)
其中  , , 为“△”型侧实测的二次三相电流相量。
  , , 为“△”型侧经过匹配处理后用于差动保护比较的三相电流相量。
由式(1)和式(2),我们进行分析在穿越性电流的作用下,可以得到图5的矢量匹配图
 
图5   用于差流计算的两侧电流矢量匹配图
Fig.5 Two sides’current vector matching diagram used in differential current calculate
由图5中矢量图分析,在仅有穿越性电流的作用下,计算出的差动电流为
     (3)
制动电流为 倍穿越电流
由式(3)和图4分析在正常运行和区外短路时,7UT51差动继电器是不会动作的。那么造成此次差动保护动作到底是什么原因呢?

三、差动保护动作情况分析
图2中,当K点A相接地,根据对称分量法和单相故障时的边界条件,故障支路MN中A相的序电流如式(4)所示
        (4)
根据文献1,对于M端线路保护安装处测得的各相电流故障分量为式(5)
 
 
                        (5)
对于N端变压器差动保护安装处高压侧测得的各相故障分量为式(6)
 
 
                        (6)
C0M, C0N为M和N侧零序电流分配系数,由式(5)可以看到,对于110KV线路而言,当发生单相接地故障时,故障相A相电流增大;由式(6)对于110KV变电站的变压器侧,则三相电流故障分量相等,计及负荷电流,三相电流基本上相等,均增大.。我们可看出,作为负荷端的变电所侧在单相接地时没有正、负序电流,只有零序电流。这样,故障发生时,Y侧绕组中的零序故障分量无法消除,△绕组CT上无此零序故障分量流过,所以必然造成差动保护动作。这与保护动作时,装置的记录及录波结果一致。

四.改进措施
上述分析,我们认为,线路发生单相接地故障,主变保护是属于区外故障,不应该动作,如何进行改进呢?
实际上,在7UT512中,对Y绕组矢量变换式可选为式7(书中称其为消零处理),即
                   (7)
以A相为例即:
              (8)
在正常运行时,
  不会对差动保护造成影响。
在外部单相接地故障情况下将式(6)代入上式(8),最终得到:
 ,这样装置中用于差流比较的高压侧绕组上无零序电流流过,只流过负荷电流,所以高低压侧无差流出现,差动保护可靠不动作。目前,现场上按此措施进行改进,运行良好。

五.结论
通过以上分析,我们知道,虽然变压器接线型式为Y/d-11,但由于雷击过程导致变压器中性点放电间隙击穿,致使故障过程中,变压器接线型式兑变为Yo/d-11,尽管7UT512中说明书建议中性点不接地变压器其Y绕组矢量变换采用式(1),但实际使用过程中,应采用书中建议的中性点接地变压器方式进行消零处理,即采用式(7)。以上的分析对于差动保护装置的开发、运行、维护都有一定的借鉴意义。在运行维护中,进行必要的分析及研究,从而避免设备的不稳定的运行。

参考资料:
许正亚编著 变压器及中低压网络数字式保护中国水利水电出版社 2004
Xu ZhengYa, Digital Protection for Transformer and Mid-Low Voltage System. Hydraulic and Electric Power Press of China.
丁网林、骆健、刘强,零序电流对数字变压器差动保护Y,d矢量变换的影响及对策,电力系统自动化,2004,28(5),56-58
Ding Wang-Lin,Luo Jian,Liu Qiang .Effect of Zero-Sequence Current on Star-Delta Vector Transform of Digital Transformer Differential Protection,Automation of Electric Power System,2004,28(5),56-58
3 7UT5/6 MULTIFUNCTION DIFFERENTIAL PROTECTION MANUAL
Reasons and Anansys for Transformer’s Differential Protection Act in a 110kv Transformation
PAN Shu-yan, HUANG-biao, CHEN Yong-hua, LI Yong-guo 
Nanjing Sino-Germany Protection and Substation Control System Co., Ltd. Nanjing 210003, Jiangsu Province ,China)
Abstract: the affair formation and protection principal are analyzed  for a 110kv transformation ,especially for single phase earthed fault ,three phase currents’ magnitude is basically equal and phasic is equal basically, this instance is analyzed  too.We hope this  could offer help for developer and operator, and hope having a good result for transformer’s protection while running and maintenance.
Keywords: differential protection for transformer; zero sequence current analysis
作者简介:
潘书燕(1971-),女,工程师,硕士,从事变电站综合自动化和微机保护的研究开发和应用;
黄飙(1973-),男,工程师,从事变电站综合自动化和微机保护的工程和应用;
陈永华(1977-),男,工程师,从事变电站综合自动化和微机保护的研究开发和应用
联系电话:025-83428822-2278 (2271),email:panshuyan@hotmail.com

 

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