sel587变压器差动保护误动分析

1三峡工程·坛子岭变电站SEL587变压器差动保护误动分析熊德勇（长江三峡水电工程有限公司三峡供电局，湖北省宜昌市三峡坝区443133）Analyzingthemis-operationofTanZiLingTransformersubstationdifferentialprotectionrelayinThreeGorgesengineeringXiongdeyongmailto:[e-mail]ybureau•YangtseRiverhydro-electricengineeringcorporation摘要三峡工程•坛子岭变电站内两台主变压器差动保护皆采用的是美国SEL公司(SchweitzerEngineeringLaboratoriesInc.)SEL587型继电保护装置，该保护在国内有一定的市场占有率。本文从该站SEL587差动保护误动原因分析入手，阐述了其故障查寻方法、差流及比率制动特性的定量分析方法；并提出了在继电保护设备安装、调试过程中应重视的几点建议。SummarySEL587typerelayofSchweitzerEngineeringLaboratoriesinc.ofU.S.isusedinthetwotransformerdifferentialprotectionsofTanZiLingtransformersubstationinThreeGorgesengineering,itisusedwidelybyChina.Themis-operationreasonsofthesubstationrelaywereanalyzedbythepaper.Thepaperdescribedthemethodoffaultsolutionandvectoranalyze,andseveralsuggestsintheprotectionrelayinstallingandtestingarebroughtforwardintheend.关键词坛子岭SEL587变压器差动保护测量精度CT多绕组穿越性故障KeywordsTanZiLingSEL587transformerdifferentialprotectionMeasuringaccuracyCTmulti-windingthroughfault故障现象某日12:02，三峡工程•坛子岭变电站（以下简称坛站）1B•SEL587变压器差动保护装置动作，跳1B高低压侧开关；10KV出线柜G4K31的过流保护装置SEL351A发trip命令，但并未跳闸。2故障时系统接线方式见图1所示。（图中用红色填充的短路器表示合闸，否则为断开）收集故障信息检修人员首先对坛站的1B差动保护装置SEL587故障录波文件进行了翻查。文件显示该日12：02：39.953，A、B、C三相差动保护动作。故障时，1B高压侧CT二次电流。IAW1=9.0∠11.8°A，。IBW1=7.4∠258.3°A，。ICW1=7.7∠135.3°A，IQW1=0.9A(负序电流)，INW1=2.4A（矢量和零序电流）；1B低压侧CT二次电流。IAW2=14.3∠207.1°A，。IBW2=11.8∠93.2°A，。ICW2=13.8∠346.3°A，IQW2=0.9A，INW2=0.7A。其次,查看G4K31柜的SEL351A过流保护装置故障录波文件，事件记录显示：12:01:04.61ABCT,IA=4527A,IB=5043A,IC=4563A,IN=0A,IG=9A(零序电流),3I2=3707A（均为一次电流值）。表明该出线有三相接地短路故障发生,保护发trip(跳闸)命令。后经对时，SEL587事件记录时间比SEL351A快1分多。再者，对坛站的上级站•陈家冲站（简称陈站）1B高压侧电流、35kvI母电压录波文件翻查,故障录波显示该日12：05：29：5535，陈站1B高压侧A、B、C三相一次电流高达165A，为故障前8倍；同时陈站35kvI母A、B、C三相一次相电压峰值垮至20kv，约为正常电压的0.7倍。后经对时，陈站故障录波时间比坛站的快2分多。检查差流相关回路经分析故障时系统接线方式及上述故障录波文件，发现1B差动保护高压侧回路中二次电流有相移，中性点电流也较大，于是重点检查高压侧电流回路。在31DL开关柜内进行了如下项目的检查：①．分别检查三相CT二次绕组的对地及组间绝缘（2500v摇表）,未见异常;②．由于CT资料欠缺，不清楚CT本体内部二次绕组的连接方式，因此分别检查三相CT二次绕组的直流电阻。由试验数据得知（参见附表2）：该型号CT的1-2绕组、3-4绕组分别为抽头方式；在柜内端子排上，发现绕组1、3被短接（俗称封住）。③．分别检查三相CT的伏安特性（参见附表3）,未见异常;④.检查SEL587差动装置的测量精度，发现装置的高压侧测量回路中A相测量精度超标，约达20%（参见附表4）。这是本次误动的主要原因所在。3Fig1.Theconnectionsofthesystemfaulthappening动作原因分析在上述检查过程中：发现坛站1B高压侧每相CT的四个绕组中有两个二次绕组1、3被短接；但由检查过程中所测量的CT二次直流电阻推断：CT二次绕组1、2为抽头式，绕组3、4为抽头式。该型号CT本体内部绕组连接方式见图２所示。（仅以A相为例，B、C相同此图）对于二次为抽头式、多绕组的CT，如果有一个绕组使用，则在其本体内部互连的其它绕组端子不能封住。这可以用磁势平衡方程式来解释。图1.故障时系统接线方式2B1B陈船I-船坛线陈坛II线2G4k31出线35kv10kvSel587差动方向过流2k4k35kv开关柜10kv开关柜Y△Y△3003231d3o永久船闸坛子岭站4以该差动保护使用的绕组2k1-2k2为例。在电流互感器正常运行时，根据磁势平衡方程式：I1N1-I2N2k1-2k2=I0N1，因一次磁势I1N1绝大部分被二次磁势I2N2k1-2k2所抵消，所以总的磁势I0N1很小，即激磁电流I0很小，只有一次电流I1的百分之几，因此在铁芯中的磁通φ很小，而二次绕组中感应的电动势Ｅ2不大。如果短接1k1-1k2，则有电流I2’流过1k1-1k2，磁势平衡方程式变为：I1N1-（I2N2k1-2k2+I2’N1k1-1k2）=I0N1，因I0N1很小，基本不变，因此，流过2k1-2k2的电流I2变小，由此使得差动保护的不平衡电流增大。检查该保护的有关整定值知：TAP1=3.3（变压器高压侧电流调节变比：CTR1*VWDG1*31000*MVATAP1）；TAP2=3.85（变压器低压侧电流调节变比：CTR2*VWDG2*31000*MVATAP2）；(相对于国内的称谓，TAP1，2值为变压器在额定负荷下的高、低压侧CT二次差动臂上的电流。当CT接线采用Y形时，TAP1，2值为CT二次额定电流；当CT接线采用Δ时，为CT二次额定电流的3倍。SEL587的相关运算一般以变压器高压侧为基准。）O87P=0.3（制动元件动作电流启动值，设置为TAPmin的倍数）；SLP1=40（制动折线1百分比率，亦即折线斜率K=0.4）；SLP2=OFF（制动折线2停用）；上述式中：MVA—变压器的额定容量；图２.坛站主变压器高压侧CT本体内部绕组连接示意（A相）Fig2.TheconnectionsinsideofCT2k11k12k2(1k2)3k1（4k1）3k24k2至差动回路500/5A至方向过流回路500/5AI11k1-1k2、3k1-3k2要开路，不能封！5VWDG1—高压侧线电压；VWDG2—低压侧线电压；CTR1—变压器高压侧CT变比；CTR2—变压器低压侧CT变比；TAPmin—取TAP1、TAP2中的较小值。SEL587保护装置的比率制动特性曲线如图３所示。Fig3.Thecharacteristicbasedtodifferentialratingrestraining图中：Io=O87P*TAP1=0.3*3.3=0.99（A），为差流平台值（门槛）。（当使用单相电流在高压侧做差动保护门槛值试验时，Io=3*O87P*TAP1=3*0.99=1.71A；在低压侧做差动保护门槛值试验时，Io=O87P*TAP2＝0.3*3.85=1.16A。）根椐该保护装置故障录波文件所载的数据，进行差流向量计算如下：|。IOP1|=|。Ida/(3*TAP1)|=|(。IAW1-。IBW1)/(3*TAP1)+。IAW2/TAP2|=|(9.0∠11.8°-7.4∠258.3°)/(3*3.3)+14.3∠207.1°/3.85|=1.51;|。IOP2|=|(。IBW1-。ICW1)/(3*TAP1)+。IBW2/TAP2|=|(7.4∠258.3°-7.7∠135.3°)/(3*3.3)+11.8∠93.2°/3.85|=1.0;|。IOP3|=|(。ICW1-。IAW1)/(3*TAP1)+13.8∠346.3°/3.85+。ICW2/TAP2|=|(7.7∠135.3°-9.0∠11.8°)/(3*3.3)+13.8∠346.3°/3.85|=1.01;制动电流为：IRT1=[∣(。IAW1-。IBW1)/(3*TAP1)∣+∣。IAW2/TAP2∣]/2＝[|(9.0∠11.8°-7.4∠258.3°)/(3*3.3)|+|14.3∠207.1°/3.85|]/2=3.06IRT2=[∣(。IBW1-。ICW1)/(3*TAP1)∣+∣。IBW2/TAP2∣]/2＝[|(7.4∠258.3°-7.7∠135.3°)/(3*3.3)|+|11.8∠93.2°/3.85|]/2=2.7IoIopIRT图３.差动比率制动特性曲线ａｂｃd6IRT3=[∣(。ICW1-。IAW1)/(3*TAP1)∣+∣。ICW2/TAP2∣]/2＝[|(7.7∠135.3°-9.0∠11.8°)/(3*3.3)|+|13.8∠346.3°/3.85|]/2=3.09从上述计算中得出：A相差流位于差动保护制动特性的折线之上(参见图３，a点)，因此动作；而B、C相差流均位于折线之下，并不动作（参见图３，b、c点）。由于本次三相故障是因受电端三相接地线未拆除，误合线路而引起，所以差动保护Ａ、Ｂ、Ｃ三相动作行为应一致，但从上述分析中得知仅Ａ相动作；为此，对保护动作行为进一步分析，得出结论：装置的高压侧测量回路中A相测量精度超标达-20%，最终引起差流增大而致保护误动。当装置无误差时，保护不会动作。向量分析如下图示，同时参见图3中d点。0.31A相差流Iop1A相制动电流Irt1IAW1(1+20%)IBW1IAW2/TAP2(IAW1-IBW1)/1.732TAP1K=0.31/1.32=0.23SLP1(0.4),故障点位于折线之下，因此不动作。1.32图4.测量精度无-20%误差时，差流向量分析Fig4.Analyzeofthedifferentialcurrentvectorwith-20%measuringerror为确保本保护在发生变压器区外穿越性三相短路故障时能正确可靠不动作，在现有整定参数下，对本装置高压侧测量通道的整体误差（指CT误差、装置精度误差累计值）容许值展开了定量分析，结果表明：若整体误差达到-20%时（以A相为例），向量分析结果为：K=0.4（这里不再详述），保护处于临界状态，极可能动作。也属巧合，假设本次误动中高压侧CT回路正常、无误差，仅装置测量精度有-20%误差，保护同样也会动作。因此，针对本变压器保护装置，高压侧测量通道的整体误差必需小于20%，才能保证其可靠性。G4K31出线的SEL351A电流保护虽检测到故障并发跳闸令，但因1B差动保护先动作跳7Îa=0.099AÎb=0.098AÎc=0.096AΦUaUb=119.5°°ΦUbUc=119.8°ΦUcUa=120.7°ΦIaIb=1