宋金根，王 一，顧水平，呂旭東，黃 超，楊 躍

（國網(wǎng)浙江省電力有限公司檢修分公司，杭州 311232）

0 引言

2017年3月起，某500 kV變電站出現(xiàn)了多次偶發(fā)的、短時(shí)間內(nèi)自動(dòng)復(fù)歸的斷路器保護(hù)TA（電流互感器）斷線告警。電流采集回路是繼電保護(hù)裝置的最重要回路之一，保護(hù)通過采集到的二次電流進(jìn)行故障判別，如果電流回路出現(xiàn)異常，保護(hù)將出現(xiàn)不正確動(dòng)作行為，從而嚴(yán)重影響電網(wǎng)運(yùn)行安全[1]。TA斷線報(bào)警是繼電保護(hù)裝置必備的一個(gè)功能，它通過零序電流越限或者差流越限判據(jù)，檢測(cè)設(shè)備電流回路的異常運(yùn)行情況[2-4]。諸多文獻(xiàn)及現(xiàn)場(chǎng)案例表明TA斷線報(bào)警一般是由于電流互感器二次回路的短路、二次電纜絕緣低、電流中性點(diǎn)接地不良、保護(hù)裝置采樣板故障等原因引起，更多歸于二次設(shè)備缺陷[5-12]。

以下分析的事件由繼電保護(hù)裝置的TA斷線告警引發(fā)，通過收集、比較、分析保護(hù)裝置、后臺(tái)監(jiān)控信息及二次回路電流實(shí)測(cè)值，并通過PSCAD（電磁暫態(tài)仿真軟件）仿真計(jì)算后，得出此次保護(hù)裝置的TA斷線告警并不是由于二次設(shè)備缺陷引起，而是發(fā)生了一次設(shè)備斷線。分析表明，傳統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置作用不僅是在事故跳閘后隔離故障，還能通過一些異常告警及早發(fā)現(xiàn)一次設(shè)備的隱患。諸多文獻(xiàn)介紹了通過電流、電壓二次采樣值的異常來發(fā)現(xiàn)流變、壓變等采樣回路中的缺陷或隱患[13-15]，但這些文獻(xiàn)介紹的研究都僅針對(duì)單間隔且單一的電流或電壓采樣回路進(jìn)行分析，而且發(fā)現(xiàn)的隱患也往往局限在出現(xiàn)異常的采樣回路上。以下綜合利用了保護(hù)、測(cè)控、回路檢測(cè)等多源二次設(shè)備信息，通過對(duì)信息進(jìn)行整合、比較并挖掘特征值后，發(fā)現(xiàn)了非采樣回路的一次設(shè)備隱患。研究表明通過充分、有效利用傳統(tǒng)二次設(shè)備信息，可挖掘出更多的一次設(shè)備隱患。

1 二次設(shè)備信息采集及分析

1.1 保護(hù)異常電流記錄

2017年3月，某500 kV變電站后臺(tái)監(jiān)控發(fā)現(xiàn)5011斷路器保護(hù)、5012斷路器保護(hù)的TA（電流互感器）斷線告警光字亮，持續(xù)大約10 min后告警自行復(fù)歸。3天后，同樣的告警信息又出現(xiàn)，短時(shí)后又自動(dòng)復(fù)歸。500 kV變電站采用3/2接線，主接線如圖1所示。

圖1 事發(fā)變電站主接線

5011斷路器保護(hù)、5012斷路器保護(hù)TA斷線告警發(fā)出后，二次檢修人員通過調(diào)取保護(hù)記錄，發(fā)現(xiàn)異常記錄如下：

（1）3月 6日 11∶10左右，5011斷路器保護(hù)、5012斷路器保護(hù)報(bào)TA斷線，電流采樣如表1所示?？梢?，5011斷路器C相電流由350 A突降為0 A，5012斷路器C相電流由80 A突增為420 A。

（2）3 月 9 日 11∶00 左右， 5011 斷路器保護(hù)、5012斷路器保護(hù)再次報(bào)TA斷線告警，此時(shí)相關(guān)保護(hù)電流采樣如表2所示。

表1 3月6日斷路器保護(hù)電流值（一次值）A

表2 3月9日斷路器保護(hù)電流值（一次值）A

5011斷路器C相電流由280 A突降為0 A，5012斷路器C相電流由300 A突增為580 A，5013斷路器C相電流由280 A突增為560 A。

根據(jù)上述電流異常期間保護(hù)采樣值記錄，分析導(dǎo)致保護(hù)異常告警原因?yàn)椋?011斷路器保護(hù)C相電流突變?yōu)? A，且零序電流達(dá)到TA斷線告警定值并觸發(fā)告警，故5011斷路器保護(hù)裝置告警行為正確；同時(shí)，5012斷路器保護(hù)C相電流增大，增大值恰好等于5011斷路器C相電流減小值，且零序電流達(dá)到TA斷線告警定值并觸發(fā)告警，故5012斷路器保護(hù)裝置告警行為正確。在電流異常期間，5011斷路器與5012斷路器C相電流總和不變，即圖1中1號(hào)主變所帶C相負(fù)荷并未變化，1號(hào)主變保護(hù)未告警。

1.2 后臺(tái)潮流記錄

調(diào)取站內(nèi)C相電流異常期間后臺(tái)的有功數(shù)值記錄，如圖2—3所示。

圖2 3月6日站內(nèi)電流異常期間有功曲線

圖3 3月9日站內(nèi)電流異常期間有功曲線

可見站內(nèi)TA異常告警期間，所有線路和主變的有功均未見異常波動(dòng)。

1.3 二次回路電流檢查

3月6日TA異常告警期間，二次檢修人員在電流互感器端子箱用鉗形電流表鉗得電流二次值如表3所示。

表3 電流異常期間部分?jǐn)嗦菲麟娏髦祄A

可見TA異常告警期間，幾乎全站所有斷路器C相電流都發(fā)生了變化，且第一串?dāng)嗦菲麟娏髯兓畲?，站?nèi)電流分布如圖4所示。

圖4 電流異常期間站內(nèi)電流分布

進(jìn)一步用鉗形電流表測(cè)量5011斷路器、5012斷路器流變所有二次繞組電流值，如表4所示。

可見站內(nèi)電流異常期間，5011斷路器和5012斷路器TA的所有二次繞組均出現(xiàn)同一表征的C相電流異常。電流異常恢復(fù)后，5011斷路器C相電流恢復(fù)為88.5 mA，A，B，C三相電流平衡。

2 站內(nèi)電流異常分布分析

2.1 系統(tǒng)潮流波動(dòng)分析

站內(nèi)電流異常期間，1號(hào)主變?nèi)嚯娏骰酒胶猓?號(hào)主變保護(hù)未報(bào)任何異常信號(hào)，且站內(nèi)其他出線及主變保護(hù)也未見任何異常。根據(jù)圖2和圖3，站內(nèi)C相電流異常期間變電站各線路和主變的有功數(shù)值未出現(xiàn)跳變。據(jù)此分析，站內(nèi)電流異常期間，系統(tǒng)潮流三相平衡，未有異常波動(dòng)。故站內(nèi)電流異常不是由于外系統(tǒng)不平衡引起。

2.2 二次回路異常分析

（1）一般的TA二次回路僅在和電流的N相存在一點(diǎn)接地，不存在TA二次回路全站直接連通的情況，而本次站內(nèi)電流異常期間，多個(gè)斷路器C相電流均出現(xiàn)異常，而這些斷路器二次電流回路均是獨(dú)立的。

（2）C相電流異常期間檢查5011斷路器和5012斷路器TA的所有二次繞組，各繞組均出現(xiàn)同一的C相電流異常，如表4所示。

根據(jù)以上分析，本次站內(nèi)電流異常不是由于TA二次回路缺陷引起的，也與二次設(shè)備異常無關(guān)。

2.3 站內(nèi)C相電流異常初步判斷

根據(jù)表1—4分析，電流出現(xiàn)異常期間5011斷路器C相電流變?yōu)? A，5012斷路器C相電流增大，增加值等于異常前5011斷路器C相電流，即1號(hào)主變C相負(fù)荷均轉(zhuǎn)移到5012支路。并且其他幾串?dāng)嗦菲鰿相電流也發(fā)生了變化，且隨著離第一串距離越遠(yuǎn)變化越小。變化最大的第一串?dāng)嗦菲鞅Ｗo(hù)出現(xiàn)了電流異常告警：5011，5012斷路器保護(hù)報(bào)TA斷線告警。

根據(jù)以上這些現(xiàn)象可以判斷，導(dǎo)致站內(nèi)電流異常的原因在于5011斷路器C相所在間隔一次設(shè)備（包括5011斷路器、50111隔離開關(guān)、50112隔離開關(guān)、5011斷路器流變）出現(xiàn)了異常，如圖5圈內(nèi)所示區(qū)域。該圈內(nèi)設(shè)備可能發(fā)生了短時(shí)的、不穩(wěn)定的一次回路斷線情況，導(dǎo)致整個(gè)站內(nèi)C相電流分布短時(shí)改變。

表4 5011，5012斷路器TA二次繞組電流測(cè)量值

圖5 疑似出現(xiàn)異常區(qū)域

3 仿真分析

為了進(jìn)一步佐證2.3節(jié)的分析結(jié)果，用PSCAD仿真軟件對(duì)變電站C相電流異常前后站內(nèi)斷路器電流分布進(jìn)行仿真計(jì)算，仿真波形如圖6所示。

圖6 PSCAD仿真波形

通過表5可見，仿真計(jì)算5011斷路器C相間隔某一部分（包括5011斷路器、50111隔離開關(guān)、50112隔離開關(guān)、5011斷路器流變）發(fā)生一次斷線后，各斷路器電流分布變化趨勢(shì)與表1—4記錄得到的電流變化趨勢(shì)一致。

4 一次設(shè)備檢查情況

根據(jù)二次專業(yè)的分析建議，一次專業(yè)現(xiàn)場(chǎng)檢查，發(fā)現(xiàn)1號(hào)主變50111隔離開關(guān)C相存在間歇性放電異響，檢查發(fā)現(xiàn)1號(hào)主變50111隔離開關(guān)C相導(dǎo)電臂支座鋁材氧化開裂，50111隔離開關(guān)C相動(dòng)、靜觸頭間有空隙，右側(cè)單邊接觸、左側(cè)未接觸，造成動(dòng)靜觸頭之間接觸電阻增大，長時(shí)間放電，觸指電蝕嚴(yán)重，形成大面積損傷，已經(jīng)無法繼續(xù)運(yùn)行，如圖7所示，檢查發(fā)現(xiàn)5011斷路器電流變化和現(xiàn)場(chǎng)放電現(xiàn)象保持高度一致；現(xiàn)場(chǎng)放電和現(xiàn)場(chǎng)外力（如風(fēng)力）擾動(dòng)也保持一致。

表5 5011斷路器C相斷開前后各斷路器C相電流變化

圖7 支座鋁材氧化開裂

50111 C相隔離開關(guān)接觸不良時(shí)，一旦圖1中的線1發(fā)生故障，將會(huì)有大故障電流流過50111隔離開關(guān)，由于C相觸指接觸不良，輕者將會(huì)造成觸指發(fā)熱，重者造成隔離開關(guān)觸頭嚴(yán)重過流融化，造成母線接地。同時(shí)若5012斷路器因故分閘，1號(hào)主變C相電流變?yōu)?，主變?nèi)齻?cè)出現(xiàn)零序電流，主變保護(hù)可能動(dòng)作跳開1號(hào)主變。因站內(nèi)220 kV合環(huán)運(yùn)行，C相負(fù)荷全部轉(zhuǎn)移到4號(hào)主變，4號(hào)主變也可能因零序電流過大造成保護(hù)動(dòng)作跳閘，從而導(dǎo)致全站失電。

5 結(jié)語

介紹了一起由繼電保護(hù)裝置TA斷線告警發(fā)現(xiàn)的隔離開關(guān)開裂隱患。TA斷線告警作為保護(hù)裝置的一項(xiàng)重要自檢功能，往往預(yù)示著電流二次回路的異常，但是該案例通過綜合分析站內(nèi)多個(gè)保護(hù)二次電流、后臺(tái)潮流記錄和二次回路電流值后，排除了保護(hù)裝置電流二次回路異常的可能性，并通過PSCAD仿真計(jì)算加以佐證，判斷保護(hù)TA斷線告警是由站內(nèi)5011斷路器間隔C相一次回路斷線引起的。根據(jù)二次專業(yè)結(jié)論，一次專業(yè)現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)了50111隔離開關(guān)C相動(dòng)靜觸頭無法可靠接觸，已難以繼續(xù)運(yùn)行。該隱患的發(fā)現(xiàn)有效避免了一起全站失電事故的發(fā)生。

繼電保護(hù)設(shè)備被稱為電網(wǎng)的哨兵，一般認(rèn)為它的作用僅在于一次設(shè)備故障發(fā)生之后的故障快速隔離。通過該事件，繼電保護(hù)裝置的能力并不局限于此，它亦可作為一次設(shè)備隱患的偵察兵。通過對(duì)多源保護(hù)裝置、測(cè)控等的二次電流和電壓波形、頻率等二次大數(shù)據(jù)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)、特征挖掘與綜合研判，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)一次設(shè)備的安全隱患，變事后處理為事前預(yù)防，防事故于未然。

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