对主变压器差动保护误动作造成事故分析

对主变压器差动保护误动作造成事故分析【摘要】文章主要对主变压器差动保护定值计算、保护装置的试验、主变压器差动回路二次接线及可能引起保护动作的其它原因进行了全面、细致的分析，指出了保护动作的原因并加以改正，使机组顺利的恢复了生产。

【关键词】变压器差动保护误动事故分析1．概况主变压器是发电厂中十分贵重也是重要的设备供电元件，它的故障将对电厂供电可靠性和正常运行带来严重影响。

因此，必须根据主变压器容量和重要程度装设性能良好、工作可靠的继电保护装置。

差动保护是主变压器重要保护之一，也是主变压器的主保护。

某发电厂1#机组在进行切换给水泵时，引起主变压器差动保护动作，造成停机停炉的严重事故。

2.主变差动保护的说明发变组保护采用许继生产的WFB—100微机型发变组保护装置，其中主变压器保护采用比率制动式差动保护，能反应主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等，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作。

差动保护动作方式： IOP >IOP.0（Ires<Ires.o时）IOP /IOP.0+S（Ires2Ires.o）（Ires>Ires.o时）满足上述两个方程式差动元件动作，式中：IOP 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为比率制动系数，各侧电流指向变压器为正方向。

3.对可能引起主变压器差动保护动作原因的分析3.1首先对主变压器差动保护整定值计算的分析3.1.1差动最小动作电流计算主变压器有关参数及电流互感器变比：240000KVA/220KV 242+2 2.5%/15.75KV 接线方式 Y/Δ—11 各侧电流互感器变比如图一所示。

由此可以计算出：变压器低压侧一次额定电流为8798A，变压器低压侧二次电流3.66A。

乘以低压侧平衡系数后为 4.13A。

差动最小动作电流一般取变压器额定电流的30%—50%，本差动保护实际取额定电流的40%，所以，最小动作电流为1.652A ，实际整定为1.65A。

最小动作电流也可以通过高压侧计算，主变高压侧额定电流为573A，二次额定电流为 2.38A，由于电流互感器二次采用三角形接线，实际二次额定电流为4.12A，最小动作电流可计算出为1.648A，实际整定为1.65A。

3.1.2比率制动、谐波制动系数和最小制动电流整定最小制动电流整定为 4.13A；比率制动系数整定为0.4；谐波制动系数整定为0.15均符合技术说明书要求。

3.1.3差动平衡系数的计算主变压器高压侧（16LH）平衡系数计算：差动保护平衡系数可以以任意侧为基准，本保护以主变高压侧二次电流为基准，所以高压侧平衡系数为1。

主变压器低压侧（发电机出线侧5LH）平衡系数计算：由于主变压器低压侧二次额定电流为 3.66A，高压侧二次额定电流为 4.12A，可以计算出平衡系数为1.126，实际取平衡系数为1.13。

主变压器低压侧（厂变高压侧20LH）：由于厂变高压侧和发电机侧通过封母一块接于主变压器低压侧，电流互感器变比又相同，所以平衡系数也相同，实际取平衡系数为1.13。

3.1.4差流速断计算差流速断按躲过变压器的励磁涌流、最严重外部故障时的不平衡电流及电流互感器饱和等整定，实际保护速断动作电流整定值为30A。

由以上分析计算可知，主变压器差动保护整定值计算是正确的，不会引起保护动作。

3.2对保护装置的试验用保护装置试验仪对最小动作电流、最小制动电流、比率制动系数、二次谐波制动系数及差流速断动作电流进行全面试验，均符合整定计算要求，同时也没有发现电流回路有松动或断线等现象，所以保护装置也不会引起保护动作。

3.3对主变压器差动回路二次接线的分析分析原则：主变压器正常投运时，各侧一次电流流动方向为指向主变压器为正方向，其二次电流流向差动继电器；各侧一次电流背向主变压器为负方向，其二次电流从差动继电器流出。

二次相量关系为：流向差动继电器电流相量与流出继电器电流相量相反，即同相相位相差180 角。

为了分析方便，以A相为例进行分析，规定以下所画相量图不代表相量大小，只代表相量方向。

主变压器差动保护接线示意图及二次电流流动方向如图一所示。

图一主变压器差动保护接线示意图由于主变压器采用Y/Δ—11接线方式，因此，两侧电流的同相相位不一致，在正常三相对称的情况下，主变压器低压侧（Δ侧）二次电流超前高压侧（Y侧）二次电流30 ，若两侧电流互感器采用相同的接线，两侧同相二次电流将有相位差，从而产生很大的不平衡电流。

有可能导致差动误动作，为此，两侧电流互感器应采用不同的接线，如图一所示，具体分析如下：3.3.1首先对发电机侧（5LH）接线及相量的分析以发电机侧一次电流相量为基准，发电机一次电流流入5LH电流互感器相量如流入，根据电流互感器引出线的图二所示，由图一可知一次电流从电流互感器L1流出，相量同发电机电流相量如图三所示，差动保护二极性原则，二次电流从K1引出，流入继电器电流与电流互感器二次电流方向相同其相量如图四次接线从K1所示。

图二发电机一次电流相量图图三 5LH二次电流相量图图四流入继电器电流相量图3.3.2主变压器一次接线及相量分析主变压器采用Y/Δ—11接线方式，低压侧绕组电流关系为IA = IAˊ-IBˊ，由电流关系和图四可以画出低压侧电流相量如图五所示；由于主变压器绕组同极性相连，低压侧绕组电流（IAˊ）与高压侧绕组电流同相电流相位相同，同样可以画出主变高压侧电流相量如图六所示，由图五和图六可知，主变压器高压侧同相电流落后低压侧同相电流30°角。

图五主变低压侧电流相量图图六主变高压侧电流相量图图七流入继电器电流相量图3.3.3主变压器高压侧（16LH）接线及相量分析主变压器高压侧一次电流从16LH电流互感器L2流入，根据电流互感器引出线的极性原则，电流互感器绕组二次电流从K2流出，相量同相量图六。

16LH电流互感器采用的是Δ接线，流入继电器电流为IA = IB1ˊ- IA1ˊ，根据电流关系及相量图六，可以画出，流入差动保护的二次电流相量如图七所示。

3.3.4厂高变高压侧（20LH）接线及相量分析厂高变高压侧一次电流由发电机供给，其相量相同于发电机相量如图八所示，厂高变高压侧一次电流从电流互感器L2流入，根据电流互感器引出线的极性原则，二次电流从K2流出，相量同一次相量如图九所示，保护二次接线从K1引出，进入继电器二次电流与电流互感器二次电流相反，所以，进入继电器二次电流与电流互感器二次电流同相相位相反，相差180°，其相量与图九相反如图十所示。

图八厂变高压侧一次相量图图九电流互感器二次相量图图十流入继电器电流相量图从以上分析知，主变差动保护发电机侧5LH电流互感器流入差动保护的二次电流相量（图四）分别与主变高压侧16LH电流互感器流入差动保护的二次电流相量（图七）、厂变高压侧20LH电流互感器二次电流相量（图十）相反（相位正好差180°）。

并且流向差动继电器二次电流相量之和与流出差动继电器电流相量之和大小相等方向相反。

当发电机正常运行时流入主变压器差动保护的差流为IA2-（IA1+IA3）小于主变差动保护最小动作电流值。

从接线原则也可看出，5LH电流互感器一次电流指向主变压器，二次电流IA2流入继电器；而16LH、20LH电流互感器一次电流背向主变压器，二次电流分别为-IA1、-IA3从继电器流出。

由此可以看出，主变压器差动二次接线是正确的，不会引起保护动作。

3.4机组正常运行时对有关数据的分析1#机组给水泵额定容量5500KV，额定电压6000V，功率因数0.88。

因此可以计算出额定电流为601A。

启动A段给水泵时，电动机的启动电流是额定电流的5—7倍，为了计算分析方便，给水泵增加的启动电流全部由发电机供给，此时有关数据变化（计算过程省略）如表一所示表一给水泵启动时引起各侧电流值的变化主变差动动作前发电机带有功功率186.7MW，无功功率81.5Mvar，厂变高压侧当时一次电流为820A。

由此可计算出发电机当时的功率角为23.6°，功率因数为0.916，发电机一次电流为7472A，二次电流为 3.11A，20LH电流互感器二次电流为0.34A，进入主变低压侧一次电流为6652A，主变高压侧一次电流为433A，16LH 电流互感器进入保护二次电流3.12A，有关计算及主变差动动作情况如表二所示。

表二给水泵启动时进入差动保护各侧电流值的变化由表二可以看出，机组正常运行时，不会引起保护动作；给水泵启动时，相当于主变压器差动保护范围以外，从分析看，也不会引起保护动作。

3.5对其它原因的分析从以上分析来看，主变压器或差动保护范围内很有可能出现故障，如果是这样情况，将对主变压器内部、套管及引出母线进行全面细致的试验和检查。

这样，停机的时间会更长，造成直接经济损失或间接经济损失更大。

为了尽快查处主变差动保护动作原因，我们对主变压器、套管及母线的原试验报告进行了分析，认为试验数值符合规程要求；对主变差动保护所用的各侧电流互感器原励磁特性曲线、变比进行了分析，认为各侧励磁特性曲线无明显区别、变比正确，符合要求；但对其电流互感器原试验报告引出线的极性分析时，发现5LH、16LH引出线的极性正确，20LH引出线的极性相反。

所以，引起主变差动保护动作直接原因是由于20LH电流互感器内部极性接反，造成二次反相，其相量与图十同相相位相反（即相差180°），差流为(IA2+IA3)-IA1机组在正常运行时，由表二可知，差流为0.774A小于差动最小动作电流 1.65A，差动保护不会动作。

而当启动给水泵时差流大于差动最小动作电流1.65A，从而导致保护动作。

4.正确的接线方式由于引起主变差动保护动作原因是20LH电流互感器引出线的极性内部接反，为了解决此问题，最简单最直接的办法从二次回路校正，也就是说，将保护二次接线从原来电流互感器K1引出线改为从K2引出线直接进入差动继电器，如图一虚线所示。

这样接线可靠保证了主变差动保护范围外部故障（包括启动给水泵）时，差动保护不会误动作，而当主变差动保护范围内部故障时，差动保护可靠动作。

改正后的接线经多次启动（切换）给水泵，主变差动无误动过，实践进一步证明接线完全正确。

5.结论为了使主变差动保护能够顺利投入运行，防止由于主变差动保护拒动或误动引起重大事故。

继电保护人员除了熟悉保护性能、精心调试、对保护定值进行复查外，还要做到以下几点：5.1检查二次回路前，必须对差动保护各侧电流互感器励磁特性曲线、变比及引出线的极性进行认真核查。

5.2主变压器采用Y/Δ—11（Y/Y/Δ—12—11）接线方式，其Y侧电流互感器采用Y/Δ—11接线，而Δ侧电流互感器采用Y/Y—12接线。