一起变压器保护“差流越限”的原因分析和防范措施

时间：2024-07-28

阳卫

（国网四川映秀湾水力发电总厂，四川都江堰611830）

1 概述

××水电站装机容量2×24.5MW，2台机组和1号主变采用扩大单元接线，通过110kV 线路接入四川电网。

主接线及1号主变差动保护（单相）接线简图见图1。

图1 主接线及1号主变差动保护（单相）接线简图

其中，1号主变的技术参数见表1。

1号主变保护装置采用主后保护分开配置的方式。其中，差动保护作为1号主变引出线、套管及内部的短路故障主保护，采用南瑞继保PCS-9671D装置，其接线特点如下：

（1）二次接线接入保护装置时均采用Y 形接线；

（2）通过保护装置内部软件的相角补偿（Y-△变换等）、幅值调整（即电流互感器变比调整）和零序电流消除完成变压器各侧电流互感器二次电流调整功能；

（3）变压器高、低压两侧电流互感器极性分别以线路侧和变压器侧为极性端。

表11 号主变技术参数

2 现象描述

2017年6月电站投产，由于厂用侧负荷很小，1号主变差动回路的电流幅值、相位等模拟量参数都无法在保护装置内进行监视，差动保护运行正常，三相差流不超过0.05Ie，远远小于“差流越限”信号动作定值0.15Ie。

2018年4月从厂用分支接入一组3×2000kVA负荷，4月18日当厂用分支负荷逐渐升至4.67MW左右时，保护装置发出“差流越限”信号，三相差流均在0.153Ie左右。减少厂用负荷后，故障信号复归。

对于无载调压的变压器，两侧相位幅值不平衡、计算变比与实际变比不一致、电流互感器传变误差、励磁涌流[1]、电流回路多点接地[2]及保护装置交流插件采样值不满足精度要求[3]等都可能导致差动回路产生不平衡电流，导致变压器“差流越限”，甚至造成变压器差动保护误动。

综合分析上述情况，判断导致1号主变“差流越限”的原因不在上述之列。采取安全措施后，带“差流越限”信号对主变保护装置模拟量参数进行检查，差动回路各分支电流幅值和相位正常，其值如表2所示。

表2 差动回路各分支二次电流幅值和相位

进一步通过保护装置对高压侧与低压侧各分支的夹角参数进行检查，发现高压侧对厂用侧的夹角异常，其值如表3所示。

表3 差动回路高压侧对低压侧各分支的夹角

3 分析处理

众所周知，对于YNd11联结组别的双绕组变压器，变压器低压侧电流存在对应超前高压侧电流的固有相角30°，两侧实际运行的相位关系则由接线方式和电流方向确定。

即正常情况下，高压侧电流应超前机组分支的对应电流150°，但滞后厂用分支的对应电流30°，其相量关系如图2所示。

图21 号主变差动回路（A 相）两侧相量关系

从图2中可以看出，当厂用侧电流极性接反时，变压器高压侧与厂用侧的夹角就将由30°变成150°。因此，导致1号主变“差流越限”的原因是厂用分支电流互感器极性接反。

对差动回路厂用侧的错误极性进行纠正后，1号主变的三相差流恢复正常。

4 经验总结

该电站所在流域上下共分布着5座相同类型的水电站，本次事件后经排查发现，另外还有两个电站的主变压器差动回路厂用分支的电流互感器极性接反。

无一例外，这3个电站变压器差动回路的设计图纸均正确，但分别由不同的施工单位安装后出现了厂用分支电流互感器极性接反的共性错误，并且在投入商业运行后又分别经历了一次第三方的保护全检也未发现，充分暴露出在施工安装、投运投产和检验调试中存在着不少的问题。

这种在无电源分支中出现的共性错误将导致变压器在正常运行和区外故障时差动保护发生误动的风险，危害性大，安全隐患高。

为防止今后发生类似的不安全现象，应着重做好下面几方面的工作：

（1）新机投运时要严格按DL/T507《水轮发电机组启动试验规程》的相关规定对发电机、厂用变、主变及其配电装置进行短路升流试验，在试验过程中充分利用微机保护的实时监测功能，不仅要注意检查各电流回路的通流情况、相关电流互感器二次电流的极性和相位，同时也要特别注意检查通流回路中变压器差动保护各分支之间的电流相位关系是否正确，不能只是孤立地关注于某一侧的电流极性和相位就作出接线正确的判断。

（2）在保护调试和检验时，要严格按照保护装置说明书的要求，开展变压器差动回路“差流平衡校验”，通过测试仪模拟与运行状态一致的负荷，检查变压器差动保护电流回路接线和整定值的正确性[4]。

（3）变压器差动保护的同侧电流互感器极性端（P1）的指向必须一致，对应的二次侧电流的流出极性端按照“减极性标注”的原则进行接线，并保持同侧二次接线一致，即发电机与厂用分支二次接线应一致，两者与高压侧的二次接线则相反，如图3所示。

（4）新安装或变动过电流回路接线的差动保护在投入运行前必须进行带负荷测试相位和差电流，以实际检查电流回路的接线正确性。

（5）施工安装、检验调试人员应掌握保护装置的基本原理、二次回路的原理接线图及保护装置的接线要求，保证实际接线与设计图纸、保护装置对接线的要求相一致，特别是接线时发生疑问必须向设计人员询问清楚。

图31 号主变差动回路二次接线图

（6）加强继电保护的全过程管理和技术监督工作，进一步细化设计、施工、调试、验收等工作程序和质量标准，使新设备投入和工程改造中的各项工作有章可循[5]。