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陕西电网330 kV“12.5”主变故障差动保护动作分析
jiang_0514 发表于 2009/7/14 12:04:16 1176 查看 0 回复 [上一主题] [下一主题]
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大型变压器造价昂贵，一旦发生内部故障，修复费钱、费时和费力，不但对电网安全稳定运行影响大，严重时还会影响对用户的供电，直接和间接损失很大。
西北电网绝大多数联络和降压变压器是330kV自耦变压器，其低压侧发生短路故障时，不仅短路电流很大，而且发生几率较高。近年来，已发生多起变压器低压侧区外故障引起变压器损坏的事例。本文介绍了陕西电网330kV“12。5”自耦变压器的故障情况，采用主变差动保护装置的故障数据，分析主变故障的实际过程，找出不同原理差动保护的动作特点，对今后可能发生的类似故障的分析具有一定的参考和借鉴作用。
2事故简述
2007年12月5曰10点l3分，陕西电网330kV某变电站工作人员根据无功电压曲线要求调整电压，对1号主变35kV侧1号电容器组由热备用转运行，在合3511开关时，发生电容器本体开关爆炸，导致内部先B、C两相接地短路故障，后转为A、B、C三相接地短路，由于短路电流较大，造成#l主变内部低压侧A相接地短路，主变差动保护动作跳闸，1号主变损坏。
2。1事故前运行方式
330kV某变电站一次主接线如图l所示，330kV线路全部运行，#l，2，3主变（3×240MVA）110kV侧共带负荷340MW，所有110kV线路经母开关（3111、3112、2111）并列运行，旁路开关冷备用，4、7组电容器组分别运行，电抗器全部停运。
图1330kV某变电站主接线图
2。2主变、保护配置和动作报告
330kV某变电站的1号主变型号为OSFPSZ9-24000/330，容量240/240/72MVA，额定电压330/121/35kV，是国内某变压器厂八六年七月出厂的产品。主变一次接线为Y0/Y0/△-11，CT二次接线为Y/Y/Y。主保护配置2套完全独立的国产上变差动保护，甲为谐波制动原理著动保护，乙为波形对称原理和偕波制动原理差动保护。
事故发生时，1号丰变保护等装置的报文有：
（1）1号主变甲保护屏：保护动作灯亮，显示屏显示差动保护一跳二侧开关；
（2）l号主变乙保护屏：PT回路异常、跳闸位置（中压恻操作箱、低压侧操作箱）灯亮、二相失压，差动及后备保护启动；
（3）3320开关辅助保护柜：跳A、B、C灯（I、II）亮；
（4）3322开关辅助保护柜：跳A、B、C灯（I、TI）亮；
（5）1号电容器保护装置过流I段出口；
（6）35kVI母接地掉牌。
从以上保护报文分析，当时故障发生后甲保护动作出口跳l号主变的三侧断路器，乙保护仅有差动、后备保护启动，并未跳闸。
2。3故障过程分析
故障时I号主变的各侧U流波形如图2所示，其中Ⅰal，Ⅰbl，ⅠcI，Ⅰa2，Ⅰb2，Ⅰc2分别为3320、3322断路器电流，Ⅰa3，Ⅰb3，Ⅰc3为1101断路器电流，Ⅰa4，Ⅰb4，Ⅰc4为3501断路器电流。故障过程时序见图3。从故障时保护装置和故障录波器记录的波形分析，I号主变低压侧区外B、C相间故障约260ms，为图3①段；后发展为三相短路故障约45ms为图3②段；随后A相电流明显减小，主变内部低压侧A相接地短路约29ms，为圈3③段；A相电流幅值增大，但并没有达到与B、C两相幅值相同水中，这时为主变内部A相短路接地和外部三相接地故障并存约36ms后故障消失为图3④段，反映保护动作切除了故障，全部故障共持续约370ms。
图2保护装置故障录波图
图3故障发生的动作时序图
3主变差动保护的动作分析
3。1甲差动保护分析
如图3所示，存故障发生的①段区外两相短路，差流没有达到定值，保护不会动作。
在故障发生的②段区外两相短路转换为区外三相短路故障，差流依然没有达到定值，保护仍不会动作，
在故障发生的③段区内单相接地故障和区外三相短路故障共存，由于保护装置动作需要连续判断三个电流采样数据窗，每个点前推个完整的用波计算差流，从区内故障开始，到差动保护判断为区内故障，需要约23ms数据窗，因此区内故障23ms后，即328ms时刻(305ms+23ms=328ms)差动元件动作，但此时故障波形中的谐波分量满足二次谐波闭锁条件，差动保护被二次谐波闭锁而不能动作，经过约l7ms后，即345ms时刻(328ms+l7ms=345ms)，故障电流波形的谐波分量衰减，二次谐波闭锁开放，差动保护出口，经过约25ms故障切除。
3。2乙差动保护分析
（1）谐波制动原理的差动保护
故障发生的①段为区外两相短路，由于差流较小，差流突变量启动元件、差流越限启动元件中任一元件均未启动，保护不会动作。
在故障发生的②段区外两相短路转换为区外三相短路故障，差流突变量启动元件、差流越限启动元件中任一元件启动，保护进入故障处理计算，292ms时刻已超过差动门槛定值动作，303ms时刻A、B相差流维持动作，这时仍为区外故障，谐波制动和制动电流在制动状态。
在故障发生的③段，309ms时刻，A、B相差动一直维持动作状态，但比率制动开始开放，呈现内部故障的特征，由于此时电流的二次谐波含量超过定值18％，加之装置在判断二次谐波制动时，采用延时5ms再开放差动的逻辑，此时谐波制动闭锁，保护仍被制动无法动作。
在故障发生的④段，到334ms开始A相谐波制动开始开放，但差动保护需要一个周波多的计算，才能动作出口，到354ms时刻开始，由于高压侧第一个断路器已切除，出现非周期谐波分量导致A相谐波制动重新闭锁，使差动保护又需要重新一个周波的计算，此时甲保护已先动作切除故障。
（2）波形对称原理的差动保护
由图3所示，在故障发生的①段，情况与谐波制动原理情况相同，保护不会动作。
在故障发生的②段，对主变差动保护为区外两相短路转换为区外三相短路故障，差流突变量启动元件、差流越限启动元件中任一元件启动，差动保护进入故障处理计算，在191ms，A、B相差流开始动作，但波形对称度和比率制动判据处在制动状态，故障仍在区外，保护不会动作。
在故障发生的③段307ms时刻A、B相差流维持动作，这时A相制动电流开始开放，区内A相故障的特征开始显现，但是由于A相波形存在畸变，被波形对称度判据闭锁，保护无法动作。
在故障发生的④段的336ms时刻，只有A相差动一直维持动作状态，比率制动开始开放，从此时的A相电流波形看，波形逐渐对称，由于装置波形不对称度判据比谐波制动判锯苛刻，闭锁时间比谐波制动时间长，加之存在5ms延时再开放逻辑，此时波形对称度继续闭锁，保护仍被制动。357msA相波形对称度开放，差动保护需要重新一个周波的计算，才能动作出口，此时甲保护已先动作切除故障。
41号主变检查结果
1号主变跳闸后，主变油化验结果分析确认主变本体内部有高能放电故障；电气试验结果分析35kV低压绕组变形且三相电阻不平衡，与铁心绝缘降低；返厂解体吊罩检查，35kVA相低压线圈轴向及幅向发生变形，低压线圈绝缘端部破损，线圈上部弹出与铁心上铁轭相碰，铁轭插铁心接地片处部分烧伤，110kV中压绕组变形，线圈换位处导线局部匝绝缘
损伤。
该变压器在l989年4月投运后，l995年2月l9日曾发生相同型号35kV电抗器开关爆炸引起主变35kVA、B、C低压线圈变形故障返厂更换低压绕组，并与当年3月30日投运，证明该类事故并非偶然。
5结论
（1）本次主变低压侧区外发生故障0。3s后（区外两相故障持续约0。26s，又发展为区外三相短路并持续约0。045s），由于穿越故障电流大，故障时低压侧短路电流为额定值14．56倍，诱发主变低压侧内部故障，同时与外部故障并存，虽然内部故障时间仅持续不到70ms就被切除，实际区内、外故障总持续时间只有0。37s，远比标准和规定的2s小，但最终造成变压器严重损坏并返厂修理，显示变压器实际承受短路能力远远不够，应从变压器制造的工艺和结构研究改进。
（2）目前变压器均以差动保护和瓦斯保护作为内部故障的主保护，该类故障造成主变损坏，变压器差动保护能快速动作跳闸，而瓦斯保护未动，表明差动保护反映轻微匝间故障的灵敏度和快速性比瓦斯保护好。
（3）主变内部故障初始阶段，有时故障电流中谐波含量并不小于l8％，造成谐波制动差动保护延时动作，具体原因应专门进行深入研究。传统的二次谐波闭锁原理的主变差动保护虽然在内部故障存在谐波分量时有所延时，但是只要设计合理，能够迅速动作。
（4）差动保护灵敏度越高，动作速度越快，对变压器损坏可能性越小或容易修复。
（5）由于波形对称原理是较新原理的差动保护，考虑到波形对称度判据的计算保守、苛刻，加之实际故障波形有畸变（存在直流分量和谐波分量），导致判断速度慢，影响保护出口。乙保护在二次谐波高于定值和波形不对称两种情况时，采用5ms延时再开放的处理办法是导致在较短开放时间内差动未能出口的因素之一。