王 松，岑榮佳

（貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司都勻供電局，貴州 都勻 558000）

配電網(wǎng)大都采用中性點(diǎn)非有效接地方式，單相接地故障占配電線路故障總數(shù)的70%以上[1-2]。中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)的單相接地故障電流小，瞬時(shí)性故障電弧能夠自動(dòng)熄滅，目前中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)還普遍采用常規(guī)的過(guò)流保護(hù)和小電流接地選線裝置[3]，對(duì)于單相接地故障單一故障，以上保護(hù)往往效果并不良好，而對(duì)于多點(diǎn)故障，易造成保護(hù)的越級(jí)動(dòng)作[4]，單相接地是配電網(wǎng)最常見的故障，但由于中國(guó)配電網(wǎng)普遍采用中性點(diǎn)非有效接地方式，單相接地故障電流特征不如相間短路明顯，單相接地選線、選段和保護(hù)遇到很大困難[5-7]。配電網(wǎng)單點(diǎn)故障研究做了很多工作，但是多點(diǎn)故障的研究相對(duì)不足，本文針對(duì)一起配電網(wǎng)線路異名相跨線故障導(dǎo)致的主變保護(hù)動(dòng)作進(jìn)行細(xì)致分析，剖析了隱藏的故障原因，根據(jù)存在的問(wèn)題提出了解決建議。

1 故障前基本情況

35 kV 某變電站主接線圖如圖1 所示，35 kV 母線有3 條35 kV 線路，301、302、303 三臺(tái)斷路器處于運(yùn)行狀態(tài)，1 號(hào)主變運(yùn)行狀態(tài)，1 號(hào)主變?nèi)萘繛? MV·A，其接線組別為Yd-11，10 kV 部分有4條10 kV 線路，002、003、004 三臺(tái)斷路器處于運(yùn)行狀態(tài)，001 斷路器為熱備用狀態(tài)。其中高壓側(cè)變比為200/5，低壓側(cè)變比為600/5。

圖1 35 kV 某變電站主接線圖

故障前變電站負(fù)荷狀況如表1 所示，35 kV 天清線運(yùn)行狀態(tài)但是未帶負(fù)荷，35 kV天席線和35 kV江天線帶1 號(hào)主變負(fù)荷，1 號(hào)主變帶全站負(fù)荷。

表1 故障前變電站負(fù)荷表

2 故障發(fā)生情況

2021 年7 月13 日06:52，監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)35 kV 某變電站1 號(hào)主變高后備保護(hù)過(guò)流Ⅱ段動(dòng)作出口跳311、011 斷路器，事件造成10 kVⅠ母失壓。07:35，值班負(fù)責(zé)人接監(jiān)控中心電話通知35 kV 天某變1 號(hào)主變10 kV 側(cè)011 斷路器顯示分閘位置、全站通信中斷，須派人到站現(xiàn)場(chǎng)檢查。08:26，運(yùn)維人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)檢查站內(nèi)1 號(hào)主變間隔、35 kVⅠ段母線間隔、10 kVⅠ段母線間隔所有一、二次設(shè)備，經(jīng)檢查1 號(hào)主變高后備保護(hù)裝置在06:52:1.620 ms 過(guò)流Ⅱ段動(dòng)作、故障相BN、最大相電流2.002 A，1 號(hào)主變35 kV 側(cè)311 斷路器、10 kV 側(cè)011 斷路器分閘位置；06:52，1 號(hào)主變高后備保護(hù)動(dòng)作時(shí)，小電流接地選線裝置判別出有接地發(fā)生，選線成功10 kV 天九線A 相接地，保護(hù)動(dòng)作0.13 s 后接地消失，10 kV 天九線003 斷路器分閘位置，其余設(shè)備無(wú)明顯異常。檢修人員到現(xiàn)場(chǎng)對(duì)主變后備保護(hù)裝置進(jìn)行試驗(yàn)正常，隨后監(jiān)控中心將10 kVⅠ段母線上運(yùn)行開關(guān)遙控?cái)嚅_，對(duì)1 號(hào)主變?cè)囁碗娬＃?0 kVⅠ段母線帶電正常；然后逐個(gè)對(duì)10 kV 饋線進(jìn)行試送電，除10 kV天平線外其余間隔試送電正常，運(yùn)維人員將10 kV天平線轉(zhuǎn)冷備用，待線路巡線進(jìn)行故障點(diǎn)排除。

3 保護(hù)動(dòng)作分析

故障發(fā)生以后，現(xiàn)場(chǎng)收集1 號(hào)主變保護(hù)裝置及小電流選線裝置動(dòng)作報(bào)文、波形，對(duì)報(bào)文、波形進(jìn)行分析。

3.1 主變保護(hù)動(dòng)作報(bào)文

1 號(hào)主變高后備保護(hù)報(bào)文如下：

2021-07-13 06:52:14.021；

0 ms 保護(hù)啟動(dòng)【動(dòng)作】，最大相電流 2.002 A；

1 620 ms 過(guò)流Ⅱ段動(dòng)作【動(dòng)作】，最大相電流2.049 A，故障類別 BN；

1 635 ms HWJ【分】；

1 660 ms 過(guò)流Ⅱ段動(dòng)作【返回】；

1 664 ms TWJ【合】。

低后備保護(hù)：

遙信變位記錄 2021-07-13 06:52:18.070；

SOE 0 ms TWJ【合】。

除以上收集到的信息外，1 號(hào)主變差動(dòng)保護(hù)、35 kV 江天線、35 kV 天席線、35 kV 天清線保護(hù)及10 kV 所有饋線保護(hù)在1 號(hào)主變高后保護(hù)動(dòng)作同時(shí)間內(nèi)沒(méi)有啟動(dòng)信息。

1 號(hào)主變高后備、低后備過(guò)流定值如表2 所示，高后備過(guò)流Ⅱ段電流定值2.0 A ，時(shí)間定值0.9 s ，過(guò)流Ⅱ段跳主變兩側(cè)311 和011 斷路器，高后備復(fù)合電壓壓閉鎖退出，低后備過(guò)流Ⅱ段電流定值2.48 A，時(shí)間定值0.6 s，跳主變兩側(cè)311 和011 斷路器，低后備復(fù)合電壓壓閉鎖退出。

表2 主變保護(hù)定值表

3.2 保護(hù)動(dòng)作情況分析

3.2.1 10 kV 饋線保護(hù)未動(dòng)作分析

監(jiān)控系統(tǒng)故障前上傳的遙測(cè)數(shù)據(jù)信息如表3 所示，根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)故障前上傳的遙測(cè)數(shù)據(jù)信息中可以看出，故障時(shí)35 kV 母線電壓正常，10 kV 母線B 相電壓一次值為2.53 kV，低于正常值，零序電壓10.73 kV，即1 號(hào)主變保護(hù)動(dòng)作前10 kV 母線B相存在不完全接地故障。

表3 故障時(shí)母線電壓kV

變電站站內(nèi)配置小電流接地選線裝置，10 kV母線B 相電壓一次值為2.53 kV，換算成二次值為25.3 V，而小電流接地選線裝置選線啟動(dòng)定值為24 V，因此小電流接地選線裝置未啟動(dòng)。在后續(xù)檢查過(guò)程中確定接地線路為10 kV 天平線，由于35 kV天文變?yōu)橹行渣c(diǎn)不接地系統(tǒng)，不完全接地時(shí)接地電流較小，沒(méi)有達(dá)到10 kV 天平線過(guò)流保護(hù)啟動(dòng)值240 A（一次值），因此10 kV 天平線保護(hù)未啟動(dòng)。

2021 年7 月13 日06:52，故障發(fā)生時(shí)，根據(jù)小電流接地選線裝置信息記錄顯示10 kV 饋線發(fā)生接地，此時(shí)10 kV 母線遙測(cè)電壓二次值為19.269 V，低于選線啟動(dòng)定值24 V，選線低電壓?jiǎn)?dòng)；小電流選線裝置根據(jù)采集的各饋線電流，經(jīng)過(guò)邏輯計(jì)算判別出10 kV 天九線A 相接地，跳閘啟動(dòng)，經(jīng)過(guò)0.13 s后跳閘成功，接地故障消失。10 kV 天九線故障前負(fù)荷電流一次值為15.6 A，由于經(jīng)高阻接地后電流未達(dá)到線路保護(hù)電流啟動(dòng)定值4 A（折算到一次值為240 A），因此電流保護(hù)未啟動(dòng)。而同一時(shí)間1號(hào)主變高后備保護(hù)過(guò)流Ⅱ段動(dòng)作出口跳開311、011開關(guān)。

3.2.2 主變高后備保護(hù)動(dòng)作分析

綜合分析，故障前10 kV 母線有B 相不完全接地故障，通過(guò)運(yùn)維人員現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)系監(jiān)控中心對(duì)10 kV饋線逐個(gè)間隔進(jìn)行試送，當(dāng)對(duì)10 kV 天平線進(jìn)行送電時(shí)10 kV 母線B 相電壓再次降低，因此確定為10 kV 天平線B 相不完全接地。10 kV 天平線B 相不完全接地時(shí)，系統(tǒng)再次發(fā)生天九線A 相接地，造成相間高阻短路故障，由于高阻故障電流較小，故障電流未達(dá)到1 號(hào)主變低后備保護(hù)啟動(dòng)值，且沒(méi)有明顯畸變，易與負(fù)荷電流形成疊加電流，故障時(shí)負(fù)荷電流較大，根據(jù)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)采集記錄，1 號(hào)主變高后備保護(hù)動(dòng)作前，1 號(hào)主變低壓側(cè)負(fù)荷電流達(dá)到了243.98 A，同時(shí)10 kV 高阻故障電流易與1號(hào)主變低壓側(cè)負(fù)荷電流疊加，且故障類型為角形側(cè)AB 相間短路，反應(yīng)在高壓側(cè)為B 相電流最高，使得1 號(hào)主變保護(hù)高壓側(cè)采集的B 相電流達(dá)到保護(hù)動(dòng)作定值而動(dòng)作出口。

3.2.3 故障錄波分析

現(xiàn)場(chǎng)1 號(hào)主變低后備保護(hù)沒(méi)有啟動(dòng)，僅1 號(hào)主變高后備保護(hù)裝置錄存本次故障波形如圖2 所示。

圖2 主變高后備裝置故障波形圖

根據(jù)1 號(hào)主變高后備保護(hù)裝置錄存故障波形分析，電流波形無(wú)畸變情況，B 相電流較AC 相電流大，B 相電流約為AC 相電流2 倍，AC 相電流相等方向相同，B 相電流方向與AC 相相反，符合典型的Yd-11 主變低壓側(cè)區(qū)外故障特征。保護(hù)啟動(dòng)以后，故障電流持續(xù)達(dá)到保護(hù)定值，1 號(hào)主變高后備保護(hù)跳閘時(shí)刻，高壓側(cè)三相電流分別為IA=1.028 A 、IB=2.001 A、IC=1.127 A 。根據(jù)Yd-11 型接線變壓器低壓側(cè)ab 相短路時(shí)短路電流分布情況如圖3所示。

圖3 低壓側(cè)ab 相間故障高壓側(cè)電流分布情況

由此可見當(dāng)主變低壓側(cè)ab 相間短路時(shí)，低壓側(cè)ab 相短路電流大小相等方向相反，高壓側(cè)短路電流AC 相大小相等，高壓側(cè)短路電流B 相為AC 相的2 倍，方向相反，與主變高后備保護(hù)裝置錄波波形一致。

根據(jù)主變高壓側(cè)二次電流計(jì)算主變低壓側(cè)二次電流（如表4 所示）。

表4 故障電流計(jì)算表

計(jì)算后低壓側(cè)電流值如圖4 所示。

圖4 計(jì)算后低壓側(cè)電流故障錄波波形圖

當(dāng)主變低壓側(cè)發(fā)生AB 相間高阻短路時(shí)，低壓側(cè)實(shí)際電流值Ia1、Ib1為故障電流疊加負(fù)荷電流，Ic1為負(fù)荷電流。通過(guò)主變高后備保護(hù)裝置錄波波形分析，高壓側(cè)電壓和相位故障前后基本無(wú)變化，判斷本次故障對(duì)電壓影響較小。主變低壓側(cè)C 相無(wú)故障，C 相電流主要為負(fù)荷電流，則可以通過(guò)低壓側(cè)Ic1負(fù)荷電流進(jìn)一步計(jì)算低壓側(cè)A、B 相負(fù)荷電流值（因35 kV 某變電站帶負(fù)荷不包括機(jī)車、高耗能等不平衡負(fù)荷，假定負(fù)荷為三相平衡負(fù)荷）。

低壓側(cè)三相負(fù)荷電流為：Ia2=Ic1×ej120°，Ib2=Ic1×ej240°，Ic2=Ic1，如圖5 所示。

圖5 低壓側(cè)負(fù)荷電流故障錄波波形圖

而低壓側(cè)故障電流為IKa=Ia1-Ia2，IKb=Ib1-Ib2，如圖6 所示。

圖6 低壓側(cè)故障電流故障錄波波形圖

通過(guò)公式計(jì)算低壓側(cè)故障電流：IKa=-IKb=1.583 A， 折算到一次電流IKa=-IKb=1.583 A×600/5=189.96 A?，F(xiàn)場(chǎng)10 kV 線路保護(hù)動(dòng)作整定值為4 A（二次值），折算到一次值為4 A×300/5=240 A，1 號(hào)主變低后備動(dòng)作定值為2.8 A×600/5=285.6 A，故障電流均未達(dá)到10 kV 線路保護(hù)及1 號(hào)主變低后備動(dòng)作定值。如表5 所示10 kV 天平線及10 kV 天九線負(fù)荷情況，10 kV 天九線A 相故障，故障電流疊加負(fù)荷電流后，故障電流IKa 為204.9 A，10 kV 天平線B 相故障，故障電流疊加負(fù)荷電流后，故障電流IKb 為225.2 A，依然未達(dá)到10 kV 線路保護(hù)動(dòng)作定值。

表5 故障時(shí)變電站負(fù)荷表

故障時(shí)35 kV 天某變負(fù)荷情況如表5 所示。

4 原因及防范建議

通過(guò)以上故障分析推斷出本次事件發(fā)生原因，即35 kV 某變電站10 kV 天平線B 相、10 kV 天九線A 相先后發(fā)生接地故障，形成相間高阻短路故障，故障電流未能達(dá)到10 kV 天平線、10 kV 天九線保護(hù)啟動(dòng)電流值；同時(shí)1 號(hào)主變保護(hù)采集負(fù)荷電流及故障電流的總和未達(dá)到1 號(hào)主變低后備保護(hù)啟動(dòng)電流值，但達(dá)到了1 號(hào)主變高后備保護(hù)啟動(dòng)電流值，致使1 號(hào)主變高后備保護(hù)動(dòng)作，此次主變保護(hù)動(dòng)作性質(zhì)為保護(hù)裝置正確動(dòng)作。

本次故障直接原因?yàn)?0 kV 天平線B 相、10 kV天九線A 相先后發(fā)生接地故障，故障未及時(shí)消除隔離，進(jìn)而形成相間高阻故障，致使1 號(hào)主變高后備保護(hù)動(dòng)作出口跳開311、011 斷路器。

本次故障間接原因?yàn)?5 kV 天某變保護(hù)定值整定存在靈敏度不足問(wèn)題，導(dǎo)致10 kV 天平線B 相、10 kV 天九線A 相發(fā)生接地故障形成相間高阻故障時(shí)，故障電流未能達(dá)到10 kV 天平線、10 kV 天九線保護(hù)啟動(dòng)電流值，1 號(hào)主變保護(hù)采集負(fù)荷電流及故障電流的總和未達(dá)到1 號(hào)主變低后備保護(hù)啟動(dòng)電流值，但達(dá)到了1 號(hào)主變高后備保護(hù)啟動(dòng)電流值，故障持續(xù)0.9 s 后，1 號(hào)主變高后備過(guò)流Ⅱ段保護(hù)動(dòng)作跳開311、011 斷路器。

為解決以上問(wèn)題，建議對(duì)主變及線路保護(hù)進(jìn)行定值調(diào)整，提高主變低壓側(cè)及線路過(guò)流保護(hù)靈敏度，本次故障主變高壓側(cè)電壓未發(fā)生明顯畸變，可考慮主變后備保護(hù)投入復(fù)合電壓閉鎖功能，對(duì)于小電流接地選線裝置而言，可考慮調(diào)整小電流選線裝置啟動(dòng)定值，提高小電流接地選線靈敏度。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)轄區(qū)內(nèi)一起配電網(wǎng)線路異名相跨線故障導(dǎo)致的主變保護(hù)動(dòng)作進(jìn)行深入分析，通過(guò)僅有的主變高壓側(cè)故障波形反推主變低壓測(cè)故障波形和負(fù)荷電流波形，進(jìn)而查找出了導(dǎo)致此次事件發(fā)生的原因，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)本站運(yùn)行存在的隱患，提出了相應(yīng)的改進(jìn)建議，為今后的配電網(wǎng)故障分析和運(yùn)維提供參考。