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)analyzing the mis-operation of tanziling transformer substation differential protection relay inthree gorges engineeringxiong deyong mail to: xdy_2000three gorges power supply bureau yangtse river hydro-electric engineering corporatio

2、n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 (schweitzer engineering laboratories inc. )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 视的儿点建议。summarysel587 type relay of schweitzer engineering laboratories inc. of u.s. is used in the two transforme

3、r differential protections of tanziling transformer substation in three gorges engineering，it is used widely by china. the mis-operation reasons of the substation relay were analyzed by the paper. the paper described the method of fault solution and vector analyze , and several suggests in the prote

4、ction relay installing and testing are brought forward in the end .关键词坛子岭sel587变压器差动保护 测m精度 ct多绕组穿越性故障keywordstanziling sel587 transformer differential protection measuring accuracy ct multi-winding through fault 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 罝动作，跳1b高低压侧开关；10kv出线柜g4k31的过流保护装罝sel35

5、1a发trip命令， 但并未跳闸。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，否则为断幵） 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uwi=9.0z11.8° a, ibwi=7.4z258. 3° a, icwi =7.7z135.3° a, iqwi =0.9a（负序电流），inwi=2.4a（矢量和零序电流）;ib 低压侧 ct 二次电流 iaw2 = 14.3z207.1° a,

6、 i bv2 = 11.8z93.2°a, i cw2 = 13.8z346.3° a, iqwi =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，事件记录品示：12: 01:04.61 abc t, ia m527a, ib =5043a, ic m563a, in =0a, ig =9a （零序电流），312 =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、3

7、5kvl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35kv i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s的检查： .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； .由于ct资料欠缺，不清楚ct本体内部二次绕组的

8、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 绕组分别力抽头方式；在柜内端子排上，发现绕组1、3被短接（俗称封住）。 .分别检查三相ct的伏安特性（参见附表3），未见异常； .检查sel587差动装貫的测量精度，发现装貫的岛压侧测量回路屮a相测u精度超称，约达20% （参见附表4）。这是本次误动的l耍原因所在。35kv35kv开关柜31lokvib10kv开关柜§300i i方向过流sel587差动2b分 子岭站322k4kg4k31出线永久船闸d3o_、图1.故障铒尋统接线方寫，.figi. the connecti

9、ons of the system fault happening动作原因分析在上述检查过程屮：发现坛站ib高压侧每相ct的四个绕组屮有两个二次绕组1、3被 短接；但巾检查过程屮所测量的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，如果有一个绕组使川，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。il至差动回路 500/5a至方向过流叫路 500/5alkl-lk2、 3kl-3k2 要开路，不能封！图2.坛站主变压器高压侧ct本体内部绕

10、组连接示意（a相）fig2. the connections inside of ct以该差动保护使用的绕组狄:-狄。为例。在电流互感器正常运行时，根据磁势平衡方程 式：i, n,-i2 n2kl.2k2 =1（） n,因一次磁势绝大部分被二次磁势i2n2kl_2k2所抵消，所以 总的磁势la n：很小，即激磁电流io很小，只有一次电流l的百分之几，因此在铁芯中的 磁通1、很小，而二次绕组中感应的电动势e2不大。如果短接lk,-lk2,则有电流12 流过 lk,-lk2,磁势平衡方程式变为：i,nr （i2n2kl.2k2 + i2nlkl.lk2 ） =i0n,因很小，基本不变，因此，流过2

11、kr2k2的电流12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伉知：tap1=3. 3 （变压器高压侧电流调节变比：tap1 =mv a ”000v3vwdg1*ctr1）；tap2=3. 85 （变压器低压侧电流调节变比：tap2mva*100073* v wdg2 * ctr2（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形吋，tap1, 2值为ct二次额定电流；当ct接线釆用吋，为 ct二次额定电流的倍。sel587的相关运算一般以变压器高压侧为基准。）087p=0. 3 （制动元件动作电流启动值，设置为t

12、apmin的倍数）;slp1m0 （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变压器的额定界量；vwdg1 一高压侧线电压；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tapi、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.图中：io=o87p*tapl=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，to= v3 *o87p*tap1= 73 *0. 99=1. 71a；在低压侧做差动保

13、护门槛值试验时，io= 087p*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:11op11=11 da/( <3 *tap 1 )|=|( i aw 1 -1 b w1)/(彳3 *tap 1)+1 aw2/tap2|=|(9.0z11.8° -7.4z258.30 )/(3 *3.3)+ 14.3z207.10 /3.85|=1.51;|iop2|=|(ibw1-icw1)/(v3 *tap1)+i bw2/tap2|=|(7.4z258.3° -7.7z135.30 )/(v3 *3.3)+ 11.8

14、z93.20 /3.85|=1.0;11 op.3|=|( icw1 -1 aw 1)/(v3 *tap 1 )4- 13.8z346.30 /3.85+1 cw2/tap2|= |(7.7z 135.3° -9.0z11.80 )/(3 *3.3)+ 13.8z346.30 /3.85 |=1.01;制动电流为：irti= | (i aw1-ibw1)/(v3 *tap1) | + | i aw2/tap2 i /2=|(9.0z11.8o -7.4z258.30 )/(v3 *3.3) | + | 14.3 z207.10 /3.85 | /2 =3.06irt2= i (ibw

15、1-icw1)/(v3 *tap1) | + i i bw2/tap2 i /2=|(7.4z258.3° -7.7z135.30 ) / ( a/3 *3.3) | + | 11.8z93.20 /3.85 | /2 =2.7lrt3= i (icw1-i aw1)/(v3 *taf1) | + i icw2/tap2 i /2=|(7.7z135.3° -9.0211.8° )/(73 *3.3)| + | 13.8z346.30 /3.85 | /2 =3.09从上述计算屮得出：a相差流位于差动保护制动特性的折线之上(参见阁3 , a点)，因 此动作；而b、

16、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，得岀结论：装置的高压侧测量冋路中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。昀量分析如下图示，同时参见阁3屮d 点。八相差流topik=0.31/1.32=0.23<slpl(0.4),故障点位于折线之下，因此不动作。图4.测量精度无-20%误差时，差流向量分析eig4. analyze of the different

17、ial current vector with -20% measuring error为确保本保护在发生变压器区外穿越性三相短路故障吋能正确可靠不动作，在现有整定 参数下，对本装罝高压侧测量通道的整体误差(指ct误差、装罝精度误差累计值)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，假没本次误动中高压侧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%, xi能保证其可靠性。g4k31出线的

18、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 闸，所以srl351a的出口巾间继电器返回而未跳闸。在永久船闸处，靠近故障点的电流保护（反吋限特性）动作（据船闸处有关人员讲）； 但未去证实。对此尚存疑问，如果该处保护先跳，差动就不会动作？事实上，差动动作时， 故障电流仍然存在，除非其保护有跳闸自保持回路，或刚巧与差动同时跳闸（可能性极小）。 一般而言，微机差动保护因其软件算法要求较为严格（如半波傅立叶、采样值差动算法等）, 动作速度最快；而一般电流保护的动作速度不及它。解决问题，恢复运行针对上述故障原因，检修人员对sel587装置进行了更换，并将ct的绕组1、3拆封。

19、在1b送负荷时，测量差动保护六角图如下。ua=57. 9vub=57. 58v oc=58. 08vta=o. 099八 lb-0. 098a lc=0. 096aolal；b=119. 5 °oubuc=119.8o<pucla=120.7°olalb=122. 1°olblc=120.2°(i)lcla=117.8o图5.低压侧六角图fig5. hexagon vector of the low voltage side注意：低压侧ct二次电流的角差超过2° ,说明ct质m不是太好。因此，在整定时需 考虑这种误差，并躲过。0a=59.

20、47vub=59. 24v uc=59.29via=0. 052a ib=0. 052a ic=0. 051aoual'b=120.2°olbuc=119.8coucua=119.9°<pibic=118.9°oida=118.9uaoa=204. 8ob=206. 6oc=204. 8阁6.高压侧六角阁eig6. hexagon vector of the high voltage sideolalb=122. 3°注意：高压侧ct的角差亦超过了 。检查sel587装置，显示参数如下：差流：iopi=oa， iop2=0a , iop3=

21、0a ;制动电流：irtl=o. 2a , irt2=0. 2a , irt3=0. 2a;由此得出结论：保护装置己恢复正常。 设备安装、调试过程中应重视的几点建议在设备安装、调试过程中一定要重视保护装置测量精度的调试及搞清楚ct本体内部二 次绕组结构。对于工程施工供电系统，由于受电用户在现场临吋搭接电源、用电管理素质差错不齐, 事故发生率很高，因此对继电保护的测量精度要求就相当高，尤其是差动保护装罝，当其测 量精度有偏差时，不平衡电流就会增大，在区外有穿越性故障时极易误动。ct的内部结构有着其不同于变压器、电压互感器的特殊性，因其每个二次绕组的用途 不同，如测量、保护精度等级、变比以及饱和特

22、性曲线的不同，因此，在每个铁芯上仅绕一 个二次绕组（抽头式中只能接一个绕组，其他内部互连端需开路；ct二次绕组不能开路并 非指的这种情况，绕组间经绝缘后层s，最后整体由环氧树脂等绝缘体封状。如不清楚其 结构方式，随意幵路、短接ct二次将造成人身和设备事故。 附表1:坛站1b高压侧ct铭牌数据（31dl柜内）型号：rdzd -35b厂家：上海华通开关厂绝缘水平：40. 5/95/180kv额定变比：200-500/5准确等级：200/510p20 ,500/5 p204k,4k2 500/5 4p203k,3k2 200/5 10p20ik,1k2 200/5 10p20 2k,2k2 500/

23、5 p20额定输出：ikillg 10va ,2、3 绕组 20va ,4k4k2 40va额定短时热电流：2s 40ka 附表2: ct二次直阻测量数据绕组直流电阻(mq)lk,-lk293.652ki-2k2224.23k,-3k21514k-4k2371.3绕组间直流电阻(mq)lk-2k!139. 6lk,-2k294. 15lk2-2ki224. 51 k?-2k24.53k,-4k,3. 713k-4k2369. 13k2-4k,154. 13k2-4k2226. 72k,-3k,oolk2-4k2oo结论推断：绕纟111、2为抽头式结构，绕组3、4为抽头式结构_2k.3k. (4k.)1：_ ik,si 3k22k2(lk2)c 4k2 附表3: ct二次伏安特性数据(用250v、12a/3000va调压器) a相2k,2k,(差动用绕组)i (a)12356789101112u (v)1