61 一起线路接地诱发复故障引起变压器跳闸的分析研究

一起线路接地诱发复故障引起变压器跳闸的分析研究

曹云轩1

，2

，张捷2 ，代念萍1，

2 ，黄嫄1，

2

（湖北工业大学，湖北武汉430068；2.长寿供电局，重庆长寿401220）

摘要：通过对一起线路接地诱发变电站内电流互感器爆炸引起变压器差动保护动作跳闸案例的分析研究，阐明了变压器差动保护原理及其在区内、区外故障时的动作行为，对故障过程中保护动作行为做出了正确的评价，提出了专业技术管理、设备质量和技术支持系统方面改进的措施。

关键词：保护行为；接地故障；多重故障；主变差动；改进措施

0 引言

在小电流接地系统【中性点不接地或经消弧线圈接地的运行方式】中，单相接地是一种常见的临时性故障。发生单相接地后，故障相对地电压降低，非故障两相的相电压升高，但线电压的大小和相位不变（依然对称），不影响对用户的连续供电，所以不需要立即切除故障。电力系统调度管理规程规定：发生单相接地后，可运行2小时。

变压器差动保护是防止变压器内部故障的主保护。变压器差动保护的范围是构成变压器差动保护的电流互感器之间的电气设备、以及连接这些设备的导线。由于差动保护对保护区外故障不会动作，因此当线路发生单相接地故障时，差动保护不会动作。

本文通过对2011年4月29日XXX220千伏变电站因35千伏上新二线40号B 相接地、诱发5号主变35千伏侧电流互感器故障，从而导致主变差动保护动作行为进行分析研究，阐明了差动保护原理及其在区内、区外故障时的动作行为，对本次故障中保护动作行为做出了正确的评价。

1 事件概况及现场检查情况

1.1 事件经过及概况

2011年4月29日14:03分，XXX220千伏变

电站―35kV1、2段母线接地‖信号发出； 14:06分，5号主变差动保护动作，5号主变三侧开关(#105、#305、#605)跳闸，同时―35kV1、2段母线接地‖信号消除；4月30日00:50分，5号主变恢复系统运行。

事故前系统相关接线见图1所示，相关运行方式为：

110kV1、2段母线经母联#110并列运行,#105上1母运行，#104上2母运行；35kV1、2段母线经#310并列运行，#321、#323、#326、#305、1#PT 上1母，#322、#324、#325、#304、2#PT 上2母运行；10kV4、5段母线经分段#0连接运行，#604、4#PT 上4段运行，#605、5#PT 上5段运行。

图1 事故前系统相关接线

i.接地信号

―35kV1、2段母线接地‖信号发出时，35千伏绝缘监察装置B相指针指示为0,认定为B相接地。

ii.设备检查

检查发现5号主变35千伏总路干式电流互感器[型号：LZZBJ71-35，电流比：1000/5，4个绕组精确级：0.2S、0.5S、10P10、10P10，容量：10V A、15V A、20V A、20V A，制造厂：中山市泰峰电气有限公司，生产时间：2002年3月]C相炸裂，A、B相有明显放电痕迹。故障点位置和故障设备见图2：

图2—1 故障后的A、B相电流互感器

图2—2 故障后的C相电流互感器

图2—3 故障后的C相电流互感器底部

图2—4 C相电流互感器线圈烧焦变形

iii.5号主变保护

主变差动【ISA-287 】：

14:06:50:330差动速断保护动作AB,I dA=24.72A

后备保护（35千伏侧）【ISA-288 】：

14:03:24：708母线接地告警，3U0=102.5V

14:05:48：392，PT断线

14:05:49：405，复合电压闭锁长时间动作警告

iv.故障录波器

110千伏故障录波器YS-A启动，故障相别BC，故障电流（A）：0.1、12.2、12.1，故障电压（V）：59.5、52.3、49.8。

v. 天气及其它

天气晴朗，系统无任何操作。

全站避雷器未动作。

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2 电气试验检查

2.1 继电保护

故障为区内故障,故障点在保护范围内,继电保护装置正确动作,未安排相关试验。

2.2 断路器

绝缘电阻和交流耐压试验合格，无异常。

2.3 穿墙套管

35kV1段母线至#3054刀闸的穿墙套管、#3054刀闸至#305开关的穿墙套管绝缘电阻和交流耐压试验合格，无异常。

2.4 电流互感器特性

A 相无异常，

B 相绝缘偏低，

C 相烧毁严重。

2.5 主变压器

2.5.1 绝缘油试验

绝缘油无异常，合格。

2.5.2 绕组变形检查

采用DL/T911－2004电力变压器绕组变形的频率响应分析法对变压器进行试验，变压器高、中、低三侧绕组均无明显变形。

2.5.3 直流电阻试验

变压器高、中、低三侧绕组直流电阻无异常，合格。

3 变压器差动保护原理及动作行为

3.1 变压器差动保护的原理

差动保护是一种依据被保护电气设备进出线两端电流差值的变化构成的对电气设备的保护装置，是根据―电路中流入节点电流的总和等于零‖原理制成的。差动保护把被保护的电气设备看成是一个接点，那么正常时流进被保护设备的电流和流出的电流相等，差动电流等于零。当设备出现故障时，流进被保护设备的电流和流出

的电流不相等，差动电流大于零。当差动电流大于差动保护装置的整定值时，保护动作，将被保护设备的各侧断路器跳开，使故障设备断开电源。

变压器差动保护是防止变压器内部故障的主保护，其接线方式为把变压器各侧电流互感器的二次线圈接成环流（见图3）。 差动保护是利用基尔霍夫电流定理工作的，当变压器正常工作或区外故障时，将其看作理想变压器，则流入变压器的电流和流出电流（折算后的电流）相等，差动继电器不动作。当变压器内部故障时，两侧（或三侧）向故障点提供短路电流，差动保护感受到的二次电流和的正比于故障点电流，差动继电器动作。

图3 差动保护电流回路接线示意图

深圳南瑞科技有限公司生产的ISA-287A 变压器差动保护装置为微机型保护装置，由差动电流速断保护和复式比率差动保护组成，动作特性见图4。图中阴影区为动作区，d042 以上为差动电流速断保护动作区，d045 和d043 以上为复式比率差动保护动作区。两个保护使用同一组出口接点，但分别有投退压板。

图4 差动保护动作区

ISA-287A 变压器差动保护装置为微机型保护装置，装置电流回路接线见图5，装置硬件逻辑框图见图6。

当正常运行和外部短路时，若不平衡电流忽略不计，则流入继电器的电流（折算后的电流，装置以软件方式对三侧电流量进行CT 变比调整，调整范围为0.25～4，级差为1/256）为零。即ⅰR=ⅰI2+ⅰⅡ2+ⅰⅢ2=0 ，可见在正常及区外短路时，保护不会动作。

图5 ISA-287A 装置流回路接线图

图 6 ISA-287A 型装置硬件逻辑框图

3.3 区内故障时变压器差动保护动作行为

当内部短路时，流入继电器的电流则为

ⅰR=ⅰI2+ⅰⅡ2+ⅰⅢ2=ΣⅰK/na

即等于各侧短路电流（二次值）的总和，差动继电器动作。

3.3.1 5#变压器差动保护动作行为分析

从故障录波图（图7）看出，本次故障是由BC短路经1130MS后转化为ABC三相故障的。综合录波、保护装置数据分析可以看出：故障发生时，C相和B相电流互感器靠305#断路器侧（母线侧）短路，故障点在主变差动保护保护区外，差动保护不动作出口。

BC短路故障持续1130MS时，故障由BC两相短路转化为ABC三相故障，且A相故障的飞弧点位于CT靠变压器侧【见图2-1】，主变差动保护【ISA-287 】差动速断保护动作【AB,I dA=24.72A】，跳开105、305、605开关切除故障。

保护行为正确。

图7 由BC相故障转化为三相故障波形图

4 35千伏母线接地的原因查找

4.1 接地时间

14:03分―35kV1、2段母线接地‖信号发出；14:06分5#主变差动保护动作，5#主变三侧开关(#105、#305、#605)跳闸，同时―35kV1、2段母线接地‖信号消除。从35千伏绝缘监察装置指标确定接地相为B相，从主变后备保护启动情况确定接地发生时间在BC两相故障前2分24秒

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[14:03:24：708母线接地告警，3U 0=102.5V ；14:05:48：392，PT 断线；14:05:49：405，复合电压闭锁长时间动作警告]。

4.2 站内设备接地的检查(不含5#主变)

5#主变三侧开关(#105、#305、#605)跳闸后35kV1、2段母线接地‖信号消除和变电站内设备检查情况表明：站内35kV1、2段母线设备未发生过B 相接地故障。

4.3 5#主变设备接地的检查

35kV1段母线至#3054刀闸的穿墙套管、#3054刀闸至#305开关的穿墙套管绝缘电阻和交流耐压试验数据表明：未发生过B 相接地故障。

4.4 接地点的查找

接地自然消除，无法确定故障线路，因此组织人员对6回35千伏线路进行巡线，查找接地原因。 巡线发现35千伏上新二线40号B 相瓷瓶损坏，由此确定35kV1、2段母线接地‖信号发出是由35千伏上新二线40#线路瓷质绝缘子因质量问题引起B 相接地并燃烧引起，断裂后接地自动消除。40号杆及损坏情况见图8。

图8 瓷瓶爆裂的35kV 上新二线#40杆B 相

5 保护动作评价

检查和分析清晰的表明,本次事件过程存在两个故障点、三次故障，如图9所示。

5.1 接地故障时保护行为

35千伏上新二线40#线路瓷质绝缘子因质量问题引起B 相绝缘击穿接地并燃烧，断裂后接地自动消除。接地时B 相电压降低、AC 相电压升高，―35kV1、2段母线接地‖信号发出，上新二线保护、4#和5#主变保护装置未动作出口，行为正确。

5.2 差动保护区外故障时保护行为

接地诱发5#主变35千伏侧C 相电流互感器爆炸造成BC 相短路（5#变压器差动保护区外故障），4#、5#主变高压侧和中压侧后备保护启动，时间未达到整定值未出口跳闸，行为正确。

5.3 差动保护区内故障时保护行为

BC 相故障经1130ms 后转化为ABC 三相故障（BC 相在5#主变差动保护区外，A 相在5#主变差动保护区内），5#主变差动保护动作跳开三侧开关切除故障。保护行为正确。

图 9 故障点示意图

6.1 专业管理需要加强

现场工作人员经验不足或者说责任心不强，主要精力均放在了事故的处理上，没有在第一时间提取必要的资料和数据，甚至一些重要的资料缺失；给还原事故的过程和技术分析造成了很大的困难。

6.2 设备质量差

设备质量差，给电网安全稳定运行构成了严重的威胁。近年来，电力设备整造水平提高，但是制造商多、数量大，由于种种原因造成的事故仍很多。本次事件中就存在瓷瓶内绝缘和CT 的环氧树脂两类大的问题，近年来这两大类问题引发的电网故障较多，给电网安全运行造成了较为严重的压力。

6.3 技术支持系统差

装备水平差，在线监测系统缺失，给故障的分析和故障点的查找造成了困难。本次事件中，由于各套系统和装置时钟不统一（装置时钟误差4分钟），给故障的技术分析造成了困难；在线路故障点查找中，由于接地故障已自动消失、通过断开回路判断接地线路的手段没办法用，对6回35千伏线路全面开展巡线工作，工作量非常大。

7 改进措施

7.1 以集约化、扁平化、专业化为方向，形成科学高效的管理体系。

加大培训力度，提高职工队伍素质及其应急处置能力，组织人员与设备制造商一道分析清楚设备故障的原因并加以改进。国网公司―五大体系‖建设，地（市）检修公司按电压等级承担输变电设备运维和检修任务的一体化运作体系后，将以设备(资产)全寿命周期管理为核心，开展―三维‖设备状态(检修)管理(E-RCM)，对―运维一体化‖实施过程精益化管理。

7.2 提升设备健康水平，以提高电网安全运行水平。

一是严把设备入网关,减少问题设备进入电网运行，特别是在设备采购过程中设置或加大技术标的权重，价低不是唯一的道理，性价比才是重要的东西，同时投标中相关技术参数要求厂家提供实际运行数据而不是做空头的应答或承诺[当然厂家新设备试用除外]；二是有计划有步骤的对问题设备[特别是存在家族性缺陷设备]进行技术改选造或更换。

7.3 以科技为先导，建设和完善技术支持系统，打造智能型电网。

制定和建立全网各类测控类装置统一的信息标准和标准接口，研制和应用各类设备的在线监测系统，扩大小电流接地系统接地选线等功能在电网中的应用范围，完善和应用智能型的一体化调度自动化系统，开展好―三维‖设备状态（检修）管理工作，确保电网安全稳定运行。

8 结语

专业管理、产品质量、技术支持是保证电网安全稳定运行三个重要的方面，随着电网结构的完善、新设备和新技术的应用，电网安全运行水平较以往有了很大程度的提高。但是，基于设备数量大、制造商多，由设备故障造成的电网事故频发，设备家族性缺陷（厂家产品固有缺陷）的整治耗用了基层单位大量的人、财、物资源，给电网安全运行构成了严重的威胁。电力企业构建科学高效的管理体系、提升设备健康水平和完善技术支持系统的任务任重道远。

参考文献

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