一起雷擊線路引起主變差動保護誤動的分析

郭 婷 林思思

一起雷擊線路引起主變差動保護誤動的分析

郭 婷 林思思

南安電力公司

農(nóng)電網(wǎng)某110kV變電站為內(nèi)橋接線方式兼有送出線路，其送出線路遭受雷擊故障時，使站內(nèi)主變差動保護動作跳閘，事故后進行進線線路倒閘操作時，又出現(xiàn)不帶電的主變零序電壓電流保護動作，跳進線開關。分析認為其原因在于：TA磁飽和引起主變差動保護誤動；110kV少油斷路器的均壓電容與母線TV發(fā)生鐵磁共振引起主變的零序電壓電流保護動作。該文對此提出了防范措施。

內(nèi)橋接線 主變 差動動作 磁飽和 鐵磁共振

0 引言

農(nóng)電網(wǎng)的110kV變電站大多采用內(nèi)橋接線方式，橋路開關兩側的進線設備和母線上的設備均在主變差動保護范圍，部分農(nóng)電網(wǎng)結構還不完善，在橋接差動保護范圍內(nèi)有的還T接了送出線路，使差動保護范圍內(nèi)的設備增多，保護更為復雜，誤動的機率增大。農(nóng)網(wǎng)還有為數(shù)不少的110kV少油斷路器帶有均壓電容，母線TV采用電磁式電壓互感器，而橋接方式的母線通常較短，常發(fā)生鐵磁諧振故障。本文分析一起橋接范圍內(nèi)T接送出線路遭受雷擊引起主變差動保護誤動跳閘事故，在事故處理的倒閘操作過程中又出現(xiàn)鐵磁諧振故障的典型案例。

1 事故概況

農(nóng)電網(wǎng)某變電站，在一次強雷電活動中，站內(nèi)忽見一道閃電一聲巨大雷鳴，隨即#1主變差動保護動作，110kV玉林Ⅰ回161開關、110kV林蒼線163開關、#1主變10kV側661開關跳閘。事故前該變電站110kV主接線方式如圖1所示。

圖1 事故時110kV系統(tǒng)接線方式示意簡圖

由圖1可見，110kV系統(tǒng)是內(nèi)橋接線方式，事故前110kV 161開關帶110kVⅠ段母線運行供#1主變及110kV 163出線；110kV內(nèi)橋100開關，10kV母分600開關均在熱備用狀態(tài)；110kV162進線開關帶110kVⅡ段母線運行供#2主變。

事故后倒閘操作過程中，110kV 163開關在斷開狀態(tài)、110kV 1612刀閘在斷開，即送出線路和#1主變均不帶電的情況下，110kV 161開關轉運行后，#1主變零序電壓保護動作，110kV 161開關立即跳閘。

2 站內(nèi)故障檢查與試驗情況

對#1主變差動范圍內(nèi)的主變本體及差動范圍內(nèi)的一、二次設備進行全面檢查及測試，測試結果正常。由于該站的設備比較老舊，未裝有故障錄波裝置，增加了事故分析的難度。為此，調(diào)查了供受電側的情況。

（1）該受電側變電站距離供電側某220kV變電站僅2km，查供電側送出間隔的故障錄波，為三相短路故障，其中A、B相電流達15.6kA且相位相反，確定故障點的存在。因受電側主變的差動動作跳閘時間為0秒，故供電側玉葉變的該線路保護有啟動而沒有跳閘。

（2）查主變差動范圍內(nèi)設備，110kV Ⅰ段母線避雷器三相各動作一次，確定有雷電過電壓。

（3）查事故的受電側變電站110kV系統(tǒng)為內(nèi)橋接線方式，但#1主變差動110kV 161CT范圍內(nèi)T接有送出間隔110kV 163線路。

（4）鑒于故障點的存在而站內(nèi)設備無問題，因短路電流較大，判斷故障點在110kV 163送出線路的首端，即在變電站附近的線路遭受雷擊短路，對送出線路的163線路全線登桿檢查，發(fā)現(xiàn)距離變電站約300米的3#桿三相絕緣子及其均壓環(huán)都有新的燒傷痕跡。

3 事故分析

110kV 163線路短路故障，為何該線路保護沒有啟動、為何主變差動動作、為何在倒閘操作中#1主變不帶電其零序電壓電流保護會動作？這些是需要分析的主要問題。

3.1 繼電保護的檢查分析

110kV 163線路距離保護與主變差動保護的動作時限都是0秒，但在通過較大短路電流的情況下，LCD－4型差動繼電器的動作時間一般比晶體管距離保護的動作時限快，實測1#主變差動保護在較大電流的情況下動作時間為10ms左右，又故障只持續(xù)了兩個周波多一點，只有四十幾毫秒，因此110kV 163線路發(fā)生短路故障時主變的差動保護先于線路保護動作至出口跳閘，致使線路的晶體管距離保護啟動后還未出口跳閘就已返回（JJ－22晶體管相間距離保護啟動后，零指示器無法自保持，故障量消失后零指示器自動返回，只有保護至出口跳閘后信號才能保持）。致使110kV 163線路保護未能首先切除故障點，擴大成# 1主變差動保護動作跳閘。

3.2 CT的勵磁特性的測試與分析

測量了110kV 161CT、110kV 163CT的伏安特性，如表1、表2數(shù)據(jù)，勵磁特性曲線如圖2。兩組CT同是上?；ジ衅鲝S制造而出廠日期不同，同勵磁電流下的電壓不同，勵磁飽和曲線初始段的曲率不大一致。

表1 進線110kV 161 TA伏安特性試驗數(shù)據(jù)

表2 送出線路110kV163 TA伏安特性試驗數(shù)據(jù)

曲線1——161玉林線路CT；曲線2——163蒼林線CT

該變電站110kV為內(nèi)橋接線方式，#1主變差動范圍內(nèi)的110kV側，110kV 161開關為送入，110kV 163線路為送出線路，這種接線方式不大合理，110kV 163線路遭受雷擊短路，較大的短路電流均流過110kV 163TA、110kV 161 TA，故障錄波二次電流的幅值高達130A，折算到一次側為15.6kA，是額定值的26倍。電流互感器在過流情況下工作時，由于勵磁電流波形畸變，二次電流就不是正弦波，不在適用相量圖表示，一般不能用電流誤差與相位差簡單的相量和來規(guī)定互感器的誤差特性，應用復合誤差來衡量準確限值。查該兩組CT的準確限值均為10P15，即只要短路電流不超過15倍的額定電流，互感器的復合誤差就不會超過10%[1]。由于實際短路電流是額定值的26倍，顯然CT在短路電流下勵磁處于高度磁飽和狀態(tài)，此時二次電流波形必然嚴重畸變，角比差均變大，其復合誤差將大大超過繼電保護允許的10%。與此同時，#1主變10kV 661 TA沒有承受短路電流，從而流經(jīng)#1主變差動保護回路中的電流必然產(chǎn)生差流；雖然110kV 161 TA與110kV 163 TA二次電流方向整定相反互為抵消，保護向量測試正常，正常情況下不致產(chǎn)生差流，但兩組CT勵磁飽和特性曲線既有差別，兩者之間二次電流不能完全抵消，也增大了#1主變差動保護回路的差流，最終引起#1主變差動保護誤動。

3.3 #1主變不帶電其零序電壓電流保護動作分析

#1主變差動保護動作跳閘事故后的轉電倒閘操作過程中，當110kVⅠ段母線為空載狀態(tài)，將110kV 161開關轉運行時，110kV 161開關立即跳閘，是因為未按照防止鐵磁諧振的預案中規(guī)定的順序操作，當110kV 161開關轉熱備用狀態(tài)時，110kV 161開關均壓電容與Ⅰ段母線TV已發(fā)生諧振在先，#1主變雖已隔離，但其零序電壓保護取自110kVⅠ段母線TV開口電壓，在母線諧振過電壓下保護處于動作狀態(tài)，在此情況下合110kV 161開關必然跳閘。

4 結論

（1）110kV 163線路首端遭受雷擊造成三相短路是事故的直接原因。

（2）農(nóng)電網(wǎng)多個110kV變電站類似內(nèi)橋兼有送出線路的接線方式，均有出現(xiàn)類似事故的可能，如果把送出線路移到送入的線路側T接，可避免對主變差動的影響，但無專用開關保護，只要任一條線路有短路故障，兩條線路就一起跳掉。這種情況只有隨供電網(wǎng)結構的改變，由220kV變電站分別供電才會得到改善。

（3）如受電端變電站與供電端變電站的距離較近時，要根據(jù)可能出現(xiàn)的最大短路電流來正確選擇TA有足夠的準確限值，以防止TA出現(xiàn)過度飽和使波形嚴重畸變和角差增大，引起主變差動保護出現(xiàn)差流而動作跳閘。

（4）加快推進農(nóng)電網(wǎng)老舊的繼電保護裝置改造，配置具有錄波功能的新型微機保護，以提高保護動作的選擇性和可靠性，并為電網(wǎng)或設備的事故后分析提供數(shù)據(jù)。

（5）有計劃地逐步淘汰帶均壓電容的少油開關，將母線電磁式電壓互感器改為電容式電壓互感器，避免發(fā)生鐵磁振。未改造的情況下，要嚴格執(zhí)行防止鐵磁諧振的預案，有三種運行操作方式：①先合110kV 1612刀閘使主變與母線接通，再把110kV 161開關轉入熱備用；②先投110kV 163線路，再把110kV 161開關轉入熱備用；③先退Ⅰ段母線TV，待#1主變或110kV 163線路投入運行后，再投Ⅰ段母線TV。這幾種方法均能破壞諧振產(chǎn)生的條件，防止諧振的發(fā)生。

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