一起智能变电站110kV主变保护动作浅析论文_张礼波,黄照厅,夏添,赵庆营,陈相吉 龙志

摘要：本文对一起智能变电站110kV主变差动保护动作行为进行了分析，并提出了相应的防误措施。

关键词：智能变电站； 小信号； 采集卡； 合并单元

0 引言

电子式电流互感器是智能变电站的基本组成设备，按GB/T 20840.8-2007 互感器第8部分的内容，电子式电流互感器主要分为光学电流互感器、空心线圈电流互感器（又称为Rogowski线圈式电流互感器）、铁心线圈式低功率电流互感器（LPCT）。

其中Rogowski线圈式电流互感器为缠绕在非铁磁性材料上的空心线圈 ,不会出现磁饱和及磁滞等问题，常被用于智能站保护级CT。Rogowski线圈原理如图1所示。

图 1 Rogowski线圈工作原理图

由于该类互感器从一次设备采集上送的信号为“小信号”，需要通过采集卡进行A/D转换。然而“小信号”线接入采集卡的CH采样端子时存在脱落可能，在运行过程中往往给电网带来不可预期的隐患。

1 事件简述

某110kV智能变电站2号主变三侧均采用某公司生产的空心线圈电流互感器，其基本工作原理为图2所示。采集卡与智能终端装置一起安装于现场智能终端柜内，图2中红色圆圈所标示的即为“小信号”输入接线。 　图2 某变电子式电流互感器工作原理示意图

某日，保护人员对该主变开展定检工作，计划对智能终端柜内端子进行机械检查，当保护人员打开其柜门时，室内主变保护差动速断保护动作跳闸，由于原主变已处于检修位置，本次动作未造成停电影响。

调取故障录波数据发现（图3所示，图中电流电压数据为真有效值），主变保护动作时，高压侧A相电流互感器产生了一个“畸形”的突变电流，该电流基波有效值达到了34A左右，通过主变相关参数折算为差动电流为13.69A，远远大于差动速断定值。从图3中还可以看出A相两个采样通道有波形外，三相电压却无变化，这与故障发生时电流电压变化特征并不吻合，且此时主变已处于检修位置，亦不可能产生故障电流，因此需要进一步对高压侧产生电流的原因进行检查分析。

2 “畸变”电流产生原因分析

电子式互感器运行过程中可能会由于周边磁场或操作是产生异常电流，“冒大数”就是其中一种。但是“冒大数”一般是不连续或仅有几个点数据突变，图3中连续几百毫秒的突变数据明显不是“冒大数”现象。此外波形中有较长时间的采样值已经趋于水平，可能发生了采样饱和或“溢出”，众所周知，基于罗氏线圈的电子式互感器已经不考虑采样饱和问题，因此上述波形应为采样“溢出”。根据该型互感器说明书，无直流分量时50倍额定电流不溢出，有100%直流分量时25倍不溢出，图中最大值为187.17，是额定值（5A）的37.4倍，说明该波形含有较大成分的直流分量。

随后保护人员检查了高压侧采集卡处接线，发现该采集卡上有接线松动脱落（图4所示），该线正是A相电流采集小信号线，因此怀疑该小信号线在脱落的过程中产生了畸变的故障电流。电子式电流互感器的工作原理是将采样值转换为电压信号，输入至合并单元后再转换为电流信号的。若该输入小信号线发生脱落，在脱落的过程中必然会导致“拉弧”放电，从而在二次产生含有高次谐波甚至是直流分量的波形。图5是图3中动作时刻A相电流中的谐波分量图，可见该波形中含有很大成分的直流分量，其含量已达到基波含量的267%。

图4 脱落小信号线现场图（红圈内蓝色线）

图5 跳闸时刻A相电流中直流含量图

3 现场实验验证

根据述分析，技术人员在同类型采集器上进行了实验，随着技术人员不断的拔插C相电流信号线，产生如图6所示的波形。

图6 现场C相实验波形

C相波形发生了严重的畸变和溢出，并含有大量的高次谐波（图7）和直流分量（图8）

　图7 实验数据各次谐波分量占比图

图8 实验数据基波及直流分量

从实验数据可见，本次主变保护动作原因确为采集器前端小信号线脱落导致。

4 结论及防范措施

基于罗氏线圈的电子式电流互感器，由于一次数据转换成二次数据输入至合并单元采用的是“小信号线”方式，若该信号线接入采集卡时压接不牢或运行时间过程可能会发生脱落，在脱落过程中会产生“畸变”波形，当该畸变波形中的基波含量达到一定量值时，必然会导致相关的保护误动作，这给设备的日常运行和电网安全稳定带来隐患，因此必须严加防范。

基于该“畸变”波形产生机理，提出如下防范措施：

4.1 加强基建隐蔽工程验收，将智能站采集卡小信号线验收纳入隐蔽工程验收的范围，必须严格执行相应的验收标准，同时严禁不同多股线不压“线鼻子”接入统一接线端子；

4.2 加强定检工作开展质量，在保证安全的前提下必须进行采集卡小信号线的机械检查，防止定检不到位情况发生。

4.3 开展小信号线专项整改工作，将小信号线接入采集卡的端子更换为航空插头形式。

4.4 采用常规互感器替换电子式互感器，通过直接模拟采样接入保护装置，取消合并单元的形式从根本上杜绝此类问题发生。

5、结束语

电子式互感器的投入运行，从原理上有效的解决了CT饱和、电压并列反送电等问题，但同时可能由于施工工艺不够或干扰等因素，而带来错误采样导致保护装置不正确动作事件发生。

智能变电站的还处于完善之中，它在电网的发展中属于进步的事物，新的事物自然可能带来新的问题，现场工作人员在熟悉新事物的同时，还必须有一双善于发现问题的眼睛，否则可能给电网带来意想不到的冲击。

参考文献：

[1]GB/T 20840.8-2007，互感器（第8部分：电子式电流互感器）；

[2] 方 琼,张会建,付艳华,刘宝成 .电子式互感器概述及工程应用分析 [ J]华北电力技术 , 2008, 11: 22-27.

作者简介：

张礼波（1986- ），男，本科，工程师，从事继电保护安装、调试、维护工作。

　Analysis of a 110 kV main transformer protection action in an intelligent substation

　Zhang Libo Huang Zhaoting Xiatian Zhao Qingying Chen Xiangji Longzhi

（Liupanshui Power Supply Bureau,liupanshui guizhou 553001）

Abstract: This paper analyzes the action behavior of a 110kV main transformer differential protection in an intelligent substation, and puts forward the corresponding error prevention measures..

Keywords: intelligent substation; Small signal；Acquisition card；Merging unit

论文作者:张礼波,黄照厅,夏添,赵庆营,陈相吉 龙志

论文发表刊物:《中国电业》2019年第20期

论文发表时间:2020/4/7

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