一起变压器差动保护区外受雷击引起保护动作原因研究

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1、一起变压器差动保护区外受雷击引起保护动作原因研究　　摘要：变压器纵差动保护是变压器内部及引出线上短路故障的主保护，对保障变压器安全稳定运行具有至关重要的作用。本文介绍了某电站一台220kV升压变压器差动保护区外受雷击引起差动保护动作的原因分析过程，选取故障中压侧波形畸变幅值最大时刻11.2ms为计算时刻，根据各侧电流幅值和相位，准确判定了故障点位置，计算出了各相差流大小，验证了保护动作行为。关键词：雷电；差动；动作；分析中图分类号：TM421文献标识码：A0引言某电厂一发电机——变压器单元向系统供电，变压器为三绕组变压器，额定容量63MVA，高压侧电压220kV，

2、中压侧电压66kV，低压侧电压10.5kV。某日，在雷雨电气下，变压器差动保护动作，变压器各侧开关跳闸，机组甩负荷停机。通过对现场检查及保护动作数据分析,得出变压器中压侧电流互感器外侧遭受雷击是引发事故的直接原因。变压器差动保护区外遭受雷击引起差动动作是一起特殊的故障，需要对动作原因进行详细计算和准确分析，才能评定保护动作行为。101故障概况故障前该发电机带变压器正常运行，分别向220kV侧和66kV侧送电。220kV侧为电源侧，66kV侧为负荷侧，主变共送出有功负荷约50MW，其中向220kV系统送出约41MW，向220kV系统送出约9MW，接线图如图1示：2故

3、障后检查2.1外观检查故障后对主变本体进行检查未见异常，对低压侧、高压侧设备检查未见异常，对中压侧设备进行检查，发现中压侧开关至母线连接刀闸A、B相固定端引出线有电弧灼伤痕迹。2.2高压试验对变压器中压侧进行绝缘、直流电阻和介损等进行试验，未发现异常，试验数据见表1示。3差动保护动作原理该变压器配置的保护装置为国产微机型保护，现场由变压器高压侧、中压侧和低压侧（发电机出口侧）三侧共同构成差动保护。微机保护采用比率制动方式和二次谐波涌流鉴别原理，其保护动作方程和动作逻辑如下。3.1动作方程10保护采用比例制动式方式，其计算公式如下：式中：Id为动作电流（即差流）：I

4、z为制动电流：3.2动作特性根据上式确定的变压器纵差保护动作特性如图2所示，采用两段折线式，其由三部分构成，分别为无制动部分、比率制动部分和差动速断动作部分。图中Kz为制动系数，Iq为启动电流，Ig为拐点电流，Is为差速断电流。当差动电流小于启动电流时，差动保护不动作；当差动电流大于启动电流时，进入动作区，装置根据制动电流的大小决定保护是否动作；当差动电流大于差速断电流时，差动保护直接动作，不再受动作特性影响。3.3逻辑图该差动保护采用了分相式的涌流制动逻辑，其逻辑图如图3示。4差动保护动作原因分析4.1故障录波图10故障时，变压器保护未能记录差流值，机变组故障录

5、波器记录的故障时变压器各侧电流波形如图4所示。从故障录波图可以明显看出，故障瞬间中压侧A、B相电流发生突变，并且出现一个尖峰波，A、B相电流大于C相电流；高压侧和低压侧同样是A、B相电流大于C相电流，为分析动作原因，需根据波形特点对故障性质、各侧电流相位及差流大小进行分析。4.2区内与区外故障判断根据现场实际情况，故障录波器采集的变压器三侧TA一次侧接线方式均为正常运行时电流流入端为P1，电流流出端为P2，二次侧均为K1输出，以故障录波图同一时刻低压侧电流为基准方向，则低压侧电流IL与中压侧电流Im方向相同，与高压侧Ih相位方向相反，由此可以推断出故障时一次电流方

6、向如图5示。根据电流流向可以判断：故障点在中压侧差动保护区外。4.3电流向量分析该主变接线组别为Yn/d11/d11，当中压侧差动保护区外故障时，低压侧与中压侧电流同相位，超前高压侧电流30°。因中压侧电流波形明显畸变，故先对中压侧电流波形进行分析。10正常时，正序分量IA,IB,IC向量之间互差120°，录波器采样周期T=0.02s。如图4所示，故障时，当t=5.6ms时，中压侧C相电流Icm相位为90°，Icm出现波峰；同一周期内，A相电流Iam出现波峰时刻为t=12.8ms，Icm与Iam出现波峰的时间差为△t=-7.2ms，则Icm与Iam相位角度差为36

7、0°×7.2÷20=129.6°。同理，B相电流Ibm出现波峰时刻为t=20ms，Icm与Ibm出现波峰时间差为为△t=-14.4ms，则Icm与Ibm角度差为360°×14.4÷20=259.2°。根据如上计算可得：故障时，中压侧A、B、C三相电流之间相位差不是正常的120°，说明某种原因引起了中压侧三相电流波形的畸变。假如以正常状态下的IA、IB、IC为基准向量，中压侧电流向量图如图6所示。同理，选取故障时同一时刻对高压侧和低压侧电流波形进行分析，可得高压侧A、B、C三相电流之间相位差为120°，低压侧A、B、C三相电流之间相位差同样为120°。4.4差动保护

8、各侧电流计