解决方案︱300MW电厂变压器差动保护误动作原因分析
2015第二届轨道交通供电系统技术大会
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丽水学院电子与电工技术创新重点实验室、江苏国网自控科技股份有限公司的研究人员王野、姜万东等，在2015年第9期《电气技术》杂志上撰文，通过差动速断保护动作的电流记录及故障初步分析，得出现场差动速断保护用于采集两侧电流的A/D内部基准电源的滤波电容出现了软击穿造成了现场误动作。同时，介绍了相应处理方法，包括采用两个电容串联，采用A/D检测异常闭锁保护。
1 故障概述
某300MW燃气电厂于2008年4月17日变压器在外界无任何电气操作的情况下，微机差动速断保护突然动作，致使该电厂下级厂变低压侧跳闸。同时，厂变低压侧的两台油泵电机跳闸停机，输送300MW机组燃油供油停止，最终导致300MW机组停机。电厂差动速断保护动作记录情况如表1及300MW电厂变压器差动速断保护一次主接线如图1所示。
表1 300MW电厂变压器差动保护动作电流记录
（注：表1中电流单位为A。IAh，IBh，ICh为变压器电源侧电流，IAl，IBl，ICl为负荷侧电流，IdA，IdB,IdC为差动电流。）
图1 300MW电厂变压器差动保护主接线图
现场差动速断保护装置设置的参数及定值如表2所示。
表2 差动速断保护动作设定参数值
（注：表2中电流单位为A。）
2 故障情况初步分析
表1中动作记录为微机保护动作记录值，其中第一次动作后跳开断路器，切断变压器高低压侧开关，第二次动作记录为跳开主回路后，微机保护又一次动作。
根据故障记录保护动作记录的电流,发现高压侧、低压侧电流都很接近，同时差电流和高压侧电流几乎完全相同。说明不是主回路故障造成的保护动作，因为如果真的是变压器内部故障，应该也为三相短路故障，故障电流主要由电源侧提供，而负荷侧电流应接近为负荷电流，短路时不可能和电源侧（高压侧）电流幅值大小相同（该变压器回路为单电源回路）。
从上面的分析和对一次系统进行检查并做绝缘试验测试，已经排除是变压器主回路故障造成的保护动作。应从差动速断保护装置是否存在硬件故障或者软件设计漏洞问题上进行分析。
3 故障的详细分析及定位（略）
图2 直流量叠加到数据窗内的示意图
图3 数据窗内含有直流量对傅立叶算法输出值的影响
图4 MAX125芯片的量化特性图
从实验和理论分析上得出结论，现场差动保护误动作，是由于现场差动速断保护用于采集两侧电流的A/D内部基准电源的滤波电容出现了软击穿造成的误动作。
4 解决分析办法
针对故障情况的初步分析，拟尝试以下措施预防今后类似误动问题，并进行了实验。
1）将电容经电阻串接后接GND。电阻预选了10K Ώ，1K Ώ，100Ώ，50Ώ发现串接10K Ώ，1K Ώ，100Ώ，电流零飘值过大，不能接受。用50Ώ实验，不加电流时，无飘动。短接电容后，装置不动作。但短接电阻后，A/D的基准电压由原来的2.5V变成了0.581V，由于基准的改变，猜测可能造成正常采样值被扩大了2.5/0.581=4.3倍。因此短接电容，带50Ώ后，保护电流施加5A，结果装置测量成21A，与猜测吻合。因此，不能采用串接电阻的方式。
2）两个电容串联，考虑两个电容同时击穿的概率很低。所以认为是一个好的办法。原电容是10uF，Verfout电容范围为4.7~22uF，采用两个10uF串联后容值为20uF，如果一个被击穿后，则会变为10uF，都在允许范围内，经过实验，验证一个电容短路，不会造成误动作，测量电流也不会有变化。
3）采用A/D检测。通过选取一路A/D通道，测量2.5V（将5V分压成2.5V），如果该采样值连续出现几次异常，则认为A/D采样异常，快速闭锁保护，也可避免上述误动作。
5 结论
根据某300MW电厂于2008年4月17日变压器在外界无任何电气操作的情况下，微机差动速断保护误动作导致的300MW机组停机。基于此次保护动作的分析，对保护装置进行了以下整改措施：
1）将保护装置的ADC芯片的VREFOUT管脚的滤波电容由一个更改设计为两个滤波电容串联。其容值为原来电容容值的两倍，耐压值不变。
2）在ADC采样回路中增加一路自检测回路。自检测回路采集一固定电平（本措施设定为2.5V），保护装置在采集保护电流的同时，也对自检测回路进行采集，装置始终进行ADC的转换数据进行实时检测，一发现异常立即闭锁保护出口，防止误动作。
经过对保护装置的设计可靠性进行了升级今后，该保护装置2008年5月重新投入生产使用后，至发稿期间再无此类误动作。这次误动作分析和问题处理，也为今后微机保护在可靠性设计和软件检测硬件上提供一些值得借鉴的经验。
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