南京国电南自自动化有限公司 江苏南京 211153
摘要：本文主要通过分析一起某220kV变电站主变差动保护区外故障时误动作的事故，简述事故经过，通过分析装置录波、测试交流插件各项参数，找出导致事故发生的原因：交流插件中Ib4采样通道的R13电阻性能不稳，放大了区外故障时穿越故障电流在Ib4采样通道上的感应电流。并就该事件暴露的问题进行反思从而提出具体的改进措施，防止类似事故的再次发生。
关键词：区外故障；差流；电磁感应；开路；金属膜电阻
一、事故概况：
2013-05-22日18：43：31：170ms某220kV站主变保护A屏保护启动，21ms后差动保护动作，跳开主变各侧；2013-05-22日18：43：31：182ms主变保护B屏保护启动未动作。从装置录波图上看差动保护启动时刻110KV侧发生区外（对于差动保护范围来说）A相接地故障，而差动保护区内无故障。对于区外故障，B屏差动保护启动不动作的行为无疑是正确的，但A屏差动保护动作跳开主变三侧开关，显然是不正常的。
二、A屏差动保护动作原因分析：
比较A屏录波图（如图一所示）和B屏录波图（如图二所示），发现A屏录波中Ib4电流通道出现了有效值在4.4A左右的正弦波形，而B屏录波中Ib4电流通道基本看不到电流存在，同时其他通道的电流波形完全一样。
图一，A屏录波
图二，B屏录波
根据A屏录波编辑公式算得的B相差流波形如图三所示（61ms时刻即动作时刻，显示差流大小为1.101A，与A屏报文基本一致）。如使A屏的Ib4电流不参与到差流计算时得到的B相差流波形如图四所示（61ms时刻显示差流大小为0.033A）。
图三，A屏差流
Icdb----通过编辑公式算出的B相差流波形
图四，A屏的Ib4电流不参与到差流计算时得到的B相差流波形
通过以上分析可知，是由于A屏Ib4电流的出现使A屏产生了导致差动动作的差流。
三、A屏出现Ib4电流的原因分析：
现场该主变保护装置Ib4电流通道的接线端子实际没有任何接线引出，说明此电流不可能是因为外部接线的寄生回路产生，而是装置内部产生。该装置的电流采样工作原理为：交流电流接入AC插件后转换成低电压信号一路送至差动CPU板、一路送至后备CPU板，在各CPU板上集成了二阶RC无源滤波、运算放大器、AD芯片、数字信号处理芯片等。
将A屏差动录波中的Ib3电流和Ib4电流叠加后，发现叠加后的电流波形和大小均与A屏中后备同时刻录波中的Ib基本一致（Ib3电流和Ib4电流均引至中后备CPU，中后备录波中的Ib是这两路电流的叠加后的电流波形）。
如上所述，因两个不同的CPU插件均采集到了Ib4电流而又无外部电流输入，那么可以确定的是Ib4电流信号源来自AC插件内部。
四、AC插件内部产生Ib4电流信号源的分析：
当正常的AC插件某一电流通道流过较大电流时，会在其他电流通道感应出较小的电流，这在现场和在RTDS实验室对装置做实验时得到了佐证（实验数据如表一所示）。且从A屏录波图中看到，采集到的Ib4通道电流波形是伴随着穿越的故障电流出现和消失的，所以可以判断此异常电流最初的信号来源是因为故障电流的感应产生。但正常的感应不会产生如此大的电流，不会影响保护动作行为，所以Ib4通道电流定是由于此通道有异常，放大了感应电流。AC插件电流采集回路如图五所示。
正常时，因R1电阻的阻值只有20欧，感应电流流过R1后，电阻两端的电压压降较小，但如果R1电阻性能不稳定，R1电阻的阻值变得很大甚至开路，电阻两端的电压压降相对会增大，以致最后CPU采集到的电流值较大（实验数据如表二所示）。
表一，正常的AC插件在相邻三个电流通道加不同幅值电流时Ib4通道感应电流值表
结果：插件无异常时，通道之间有正常较小的感应电流。
表二，Ib4通道TA二次线圈并接的电阻开路后，Ib4通道感应电流值表
结果：某通道回路电阻异常时，正常感应电流将被放大。
最后将现场换下来的AC插件的Ib4对应通道的电阻取下来，同时取下一个正常相的电阻后，用万用表测量两者的阻值。在反复晃动电阻两端的管脚的情况下，正常相的电阻阻值一直稳定在20欧左右，但是Ib4对应通道的电阻阻值却出现了非常大的波动，该电阻为绕线电阻，拆开该电阻后发现电阻管脚和电阻丝通过焊锡连接，存在虚焊松动情况。
五、建议改进措施：
基于以上分析现提出两点改进措施的建议以供研发设计及生产制造参考：
1、交流插件上的并联电阻使用工艺性能更可靠的金属膜电阻代替绕线电阻。
2、将交流插件上TA二次回路的进出线相互缠绕几匝或用锡纸将进出线更紧密的包裹在一起以降低当其流过电流时产生的磁场强度，这样改进后效果明显实验结果如表三所示。
表三，电流加在相邻通道，该通道TA二次回路不同情况下对应的通道感应电流值表2
结果：TA二次回路的进出线形成的圈越大，相邻电流通道感应电流越大。
六、结语
终上所述，导致该主变保护A屏区外故障差动保护动作出口的原因是AC插件的Ib4对应通道的R13电阻性能不稳从而放大了故障相故障电流在该通道上的感应电流，并在理论分析和实验数据的支撑下提出了两点有效可行的改进措施建议。
参考文献：
[1]杨奇逊.微型机继电保护基础[M].北京：水利电力出版社，1988
[2]张宇辉.电力系统微型计算机继电保护[M].北京：中国电力出版社，2000
[3]邱立新.微机继电保护装置抑制干扰措施分析[J].中国新技术新产品，2010，（09）
论文作者:刘晓明
论文发表刊物:《基层建设》2015年21期供稿
论文发表时间:2016/4/1
标签：电流论文; 电阻论文; 通道论文; 感应电流论文; 插件论文; 波形论文; 所示论文; 《基层建设》2015年21期供稿论文;