夏正華

（中天合創(chuàng)能源有限公司化工分公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017399）

1 主變保護(hù)誤動(dòng)情況

某110 kV 變電站某條10 kV 線(xiàn)路發(fā)生接地故障，過(guò)流Ⅰ段保護(hù)動(dòng)作后，重合閘失敗。配網(wǎng)運(yùn)維人員檢查線(xiàn)路后，對(duì)該線(xiàn)路進(jìn)行試送。試送后該10 kV 線(xiàn)路保護(hù)裝置過(guò)流Ⅰ段保護(hù)再次動(dòng)作跳閘，19 ms 后#2 主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，#2 主變高壓側(cè)、低壓側(cè)開(kāi)關(guān)跳開(kāi)，造成該110 kV 變電站10 kV Ⅱ母失壓[1]。

2 事故調(diào)查及處理

事故發(fā)生后，對(duì)#2 主變差動(dòng)保護(hù)、該10 kV 線(xiàn)路保護(hù)裝置的動(dòng)作報(bào)文以及監(jiān)控后臺(tái)的信號(hào)進(jìn)行檢查。#2 主變保護(hù)裝置的跳閘燈亮，裝置報(bào)文描述為主差動(dòng)速斷保護(hù)動(dòng)作，故障相位A 相，瞬時(shí)差動(dòng)電流二次值為20.91 A。10 kV 線(xiàn)路保護(hù)裝置跳閘燈、重合閘燈亮，裝置報(bào)文描述為過(guò)流Ⅰ段保護(hù)動(dòng)作、重合閘動(dòng)作、過(guò)流加速動(dòng)作。監(jiān)控后臺(tái)的信號(hào)與保護(hù)裝置報(bào)文一致。

現(xiàn)場(chǎng)檢查#2 主變本體，變壓器本體油溫及繞組溫度無(wú)異常，其套管油位和油枕的油位無(wú)異常，沒(méi)有出現(xiàn)滲漏油情況。對(duì)#2 主變本體油樣進(jìn)行化驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)異常。檢查#2 主變瓦斯繼電器，繼電器內(nèi)無(wú)氣體。#2 主變繞組變形試驗(yàn)、勵(lì)磁特性試驗(yàn)也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)異常。檢查#2 主變差動(dòng)保護(hù)二次電流回路絕緣以及二次負(fù)載，結(jié)果均正常[2]。

查看監(jiān)控后臺(tái)SOE 報(bào)文記錄，15 時(shí)35 分34 秒066 毫秒10 kV 線(xiàn)路保護(hù)過(guò)流Ⅰ段動(dòng)作，15 時(shí)35 分34秒118 毫秒該10 kV 開(kāi)關(guān)分位；15 時(shí)35 分34 秒085毫秒#2 主變差動(dòng)速斷保護(hù)動(dòng)作，15 時(shí)35 分34 秒129毫秒低壓側(cè)開(kāi)關(guān)分位。從SOE 記錄的時(shí)間可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)接地故障發(fā)生時(shí)，10 kV 線(xiàn)路保護(hù)過(guò)流Ⅰ段動(dòng)作后，在該10 kV 開(kāi)關(guān)還沒(méi)有斷弧、處于分位之前，#2 主變差動(dòng)速斷保護(hù)動(dòng)作，將變壓器兩側(cè)開(kāi)關(guān)跳開(kāi)。

3 故障錄波分析

3.1 #2 主變高壓側(cè)故障錄波分析

#2 主變高壓側(cè)故障錄波的電流波形如圖1 所示。

圖1 #2 主變高壓側(cè)故障錄波的電流波形

從圖1 可以看出，發(fā)生故障時(shí)，#2 主變高壓側(cè)各相電流的波形，都明顯偏向時(shí)間軸的一側(cè)，表明故障電流的直流分量較大。A、C 兩相的電流幅值大于B 相電流幅值，但是故障電流波形并沒(méi)有產(chǎn)生畸變，表明高壓側(cè)CT 的鐵芯沒(méi)有發(fā)生飽和，具有較好的傳變性。

3.2 #2 主變低壓側(cè)故障錄波分析

#2 主變高壓側(cè)故障錄波的電流波形如圖2 所示。

在第一周波的前半個(gè)周波，#2 主變低壓側(cè)的A、C 相電流波形明顯偏離時(shí)間軸的一側(cè)，故障電流具有較大的直流分量，但電流波形未出現(xiàn)畸變，表明A、C兩相在接地故障發(fā)生的初始時(shí)刻后未馬上飽和。但從第二個(gè)周波開(kāi)始，電流波形出現(xiàn)明顯的畸變，說(shuō)明第二個(gè)周波后#2 主變低壓側(cè)CT 出現(xiàn)飽和。一側(cè)的峰值附近飽和畸變最為嚴(yán)重，而在電流波形另一側(cè)峰值附近退出飽和，時(shí)間大概在1/4 個(gè)周波。

圖2 #2 主變低壓側(cè)故障錄波的電流波形

3.3 #2 主變差動(dòng)電流波形分析

#2 主變差動(dòng)電流波形如圖3 所示。

圖3 #2 主變差動(dòng)電流波形

從#2 主變差動(dòng)電流波形可以看出，在34 秒075毫秒，#2 主變A 相差動(dòng)電流基波的幅值為13.834 A；在34 秒085 毫秒，#2 主變A 相差動(dòng)電流基波的幅值為15.779 A。在此10 ms 內(nèi)，差動(dòng)電流的幅值逐漸增大，即#2 主變A 相差動(dòng)電流值大于差動(dòng)速斷定值（13.8 A），并且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)10 ms。根據(jù)#2 主變差動(dòng)保護(hù)裝置說(shuō)明書(shū)，當(dāng)差動(dòng)電流采樣值超過(guò)差動(dòng)速斷定值并持續(xù)10 ms 后，差動(dòng)速斷保護(hù)動(dòng)作出口。

3.4 #2 主變低壓側(cè)諧波電流分析

故障發(fā)生后第一個(gè)周波的前半個(gè)周波，低壓側(cè)直流分量出現(xiàn)最大值，其中A 相的直流分量最大，在高直流分量下#2 主變低壓側(cè)的CT 非常容易飽和。從第二個(gè)周波開(kāi)始，#2 主變低壓側(cè)CT 出現(xiàn)深度飽和，電流諧波遠(yuǎn)大于正常值。其中二次諧波出現(xiàn)最大值時(shí)，#2主變差動(dòng)速斷保護(hù)動(dòng)作出口。可見(jiàn)，本次主變保護(hù)誤動(dòng)事故的原因在于當(dāng)10 kV 線(xiàn)路故障電流還沒(méi)有完全隔斷時(shí)，#2 主變低壓側(cè)CT 出現(xiàn)了暫態(tài)飽和，低壓側(cè)波形發(fā)生畸變。#2 主變低壓側(cè)CT 的二次電流無(wú)法準(zhǔn)確反應(yīng)一次電流，從而導(dǎo)致差動(dòng)電流達(dá)到了20.91 A，大于差動(dòng)速斷定值的13.8 A，且持續(xù)時(shí)間超過(guò)10 ms，達(dá)到了差動(dòng)速斷動(dòng)作條件。為防止主變差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作，一方面，需避免差動(dòng)保護(hù)用的CT 繞組出現(xiàn)暫態(tài)飽和；另一方面，需讓主變差動(dòng)保護(hù)裝置能夠判斷出CT 是否出現(xiàn)飽和。

4 預(yù)防措施

4.1 提升CT 保護(hù)級(jí)繞組的穩(wěn)態(tài)性能

對(duì)于110 kV 電壓等級(jí)的CT，在其選型過(guò)程中重點(diǎn)考慮的是穩(wěn)態(tài)性能。在驗(yàn)算CT 保護(hù)級(jí)繞組的穩(wěn)態(tài)性能時(shí)，如果系統(tǒng)容量增大或者準(zhǔn)確限值系數(shù)不足時(shí)，需進(jìn)行補(bǔ)充驗(yàn)算[3]。一般CT 額定二次極限電動(dòng)勢(shì)需大于保護(hù)校驗(yàn)要求的二次感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。如果忽略二次繞組內(nèi)阻，可理解為CT 的額定二次負(fù)載容量需大于實(shí)際二次負(fù)載容量。如果在提高準(zhǔn)確限值一次電流后，CT 出現(xiàn)了局部飽和，則不能簡(jiǎn)單采用這個(gè)方法，還需要根據(jù)CT 出廠(chǎng)報(bào)告的誤差曲線(xiàn)，測(cè)量CT 實(shí)際的二次負(fù)載值，然后再查閱實(shí)際準(zhǔn)確限值系數(shù)。若CT 的穩(wěn)態(tài)性能不滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)需求，則可降低二次負(fù)載的容量或是降低二次負(fù)載，以提升CT 穩(wěn)態(tài)性和暫態(tài)抗飽和能力。

這個(gè)案例中，#2 主變低壓側(cè)CT 的額定二次容量為20 VA，準(zhǔn)確級(jí)為10P20，能夠滿(mǎn)足性能驗(yàn)算要求。為提高#2 主變低壓側(cè)CT 抗飽和性能，可以在CT 的二次側(cè)并接同一型號(hào)的電纜。

4.2 采用TPY 級(jí)或PR 級(jí)CT

TPY 級(jí)CT 的鐵芯存在氣隙，會(huì)極大地提高磁阻，在同等電勢(shì)下鐵芯磁通明顯減少，因此很難發(fā)生暫態(tài)飽和。但是，這種CT 價(jià)格昂貴，不適用于大規(guī)模采用，一般只用于重要的220 kV 線(xiàn)路或500 kV 線(xiàn)路。

而PR 型CT 是一種能夠限制剩磁系數(shù)的電流互感器。它的鐵芯內(nèi)具有小氣隙，鐵芯剩磁系數(shù)小于10%，同時(shí)其重量及外形尺寸、復(fù)合誤差等均和普通的P級(jí)CT相似。雖然PR型CT的價(jià)格比普通P級(jí)CT略高，但相對(duì)TPY 級(jí)CT 還是很優(yōu)惠。因此，可以使用PR級(jí)CT 代替普通的P 級(jí)CT[4]。

4.3 采用具有抗飽和能力的保護(hù)裝置

主變保護(hù)裝置可通過(guò)校驗(yàn)CT 是否飽和來(lái)避免當(dāng)變壓器區(qū)外發(fā)生故障時(shí)，變壓器各側(cè)CT 出現(xiàn)飽和，導(dǎo)致主變差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作的情況。從鐵磁元件的“B-H曲線(xiàn)”可知，在變壓器區(qū)外發(fā)生故障的起始階段以及一次電流過(guò)零點(diǎn)附近，CT 有一段線(xiàn)性傳變區(qū)。當(dāng)變壓器區(qū)外故障導(dǎo)致CT 進(jìn)入飽和狀態(tài)的過(guò)程中，變壓器保護(hù)的差動(dòng)電流波形是間斷的。變壓器區(qū)外發(fā)生故障后，如果發(fā)現(xiàn)變壓器差動(dòng)電流存在間斷角，則閉鎖變壓器差動(dòng)保護(hù)，以防止區(qū)外故障時(shí)差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)。同時(shí)，也可采用工頻量差動(dòng)速斷保護(hù)[5]。

5 結(jié) 論

分析了一起10 kV 線(xiàn)路發(fā)生相間故障引起110 kV 主變差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的事故案例。通過(guò)故障錄波的分析，闡明主變差動(dòng)速斷保護(hù)誤動(dòng)作的原因是變壓器區(qū)外故障導(dǎo)致變壓器低壓側(cè)CT 出現(xiàn)了暫態(tài)飽和，可為同類(lèi)事故調(diào)查以及設(shè)備的運(yùn)維積累寶貴的經(jīng)驗(yàn)。