線路交叉故障引發(fā)主變壓器差動保護動作分析

朱紹唐

(武威供電公司，甘肅 武威 733000)

0 引言

在電力系統(tǒng)中，變壓器是傳送電能的重要媒介，既能升高電壓把電能輸送到用電地區(qū)，又能降低電壓供各級用戶使用，以滿足不同的用電需要。所以，變壓器的運行狀態(tài)直接影響電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定性和供電可靠性，它一旦發(fā)生故障可能對電力系統(tǒng)和用戶造成重大的危害和影響。

1 故障現(xiàn)場情況

1.1 現(xiàn)場運行方式

某變電站有40 MV·A變壓器1臺，為Y/Y/D繞組類型。110kV側(cè)為電源端，其他兩側(cè)為負荷側(cè)。差動保護二次側(cè)采用全星形接線。35 kV中性點隔離開關(guān)在變壓器投運時合上，運行正常后拉開。

1.2 事故經(jīng)過

2011－07－24 T 20:54:00，該變電站變壓器差動保護動作，跳主變壓器三側(cè)，使35 kV，10 kV側(cè)瞬間失壓。

1.3 保護事件檢查

20:54:50，該站主變壓器比率差動動作保護動作，Icdd=8.16 A，動作相別為 C 相。

20:54:51，35 kV故障線路瞬時電流速斷保護動作，開關(guān)跳閘，故障相別為B相，故障電流為41.67 A(整定定值為41.29 A)。

20:54:53，35 kV故障線路重合閘后加速保護動作，重合不成功。

20:54:57，110 kV故障線路零序過流II段、距離II段保護動作;20:54:58，重合閘動作成功，故障相別為C相。故障測距為11.4 km。

1.4 事故后試驗檢查

1.4.1 保護裝置校驗

對主變壓器差動保護裝置、110 kV故障線路保

護裝置及35 kV故障線路保護裝置零漂、采樣精度及保護進行校驗，均無異常，均可正確動作。

1.4.2 變壓器絕緣試驗

(1)變壓器繞組直流電阻試驗，各側(cè)擋位直流電阻測試結(jié)果相差(線差)均合格，未發(fā)現(xiàn)異常。

(2)測試中壓繞組對高壓、低壓及地的絕緣電阻時，儀表顯示絕緣電阻為零，判斷有接地故障。現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)主變壓器35 kV側(cè)C相避雷器上蓋有斷裂，裂紋縫隙有燒黑現(xiàn)象，揭開上蓋后看到避雷器上部的防爆膜已爆裂。立即對此臺避雷器進行絕緣電阻測試，儀器顯示電阻為零，說明避雷器已損壞。

(3)各側(cè)繞組和高壓側(cè)電容套管的介損試驗，試驗結(jié)果合格。

2 故障情況分析

2.1 避雷器擊穿原因分析

變壓器中壓側(cè)選用YH5W－51/134電站型無間隙氧化鋅避雷器，故障時暫態(tài)過電壓長時間作用于無間隙避雷器保護區(qū)，引發(fā)避雷器熱損傷急劇增加，直至避雷器爆炸。

系統(tǒng)單相接地時，相電壓升高為線電壓，此次事故中避雷器的額定電壓(51 kV)完全能夠承受，不應成為避雷器爆炸的主因。故障當日是無雷雨天氣，而且故障當時并無操作任務及自動裝置動作情況，所以，雷擊過電壓和操作過電壓也不可能成為避雷器爆炸的主要原因。

由此可見，該故障并非由35 kV線路發(fā)生單純的單相接地引起，而是一個復雜的轉(zhuǎn)換性故障。

2.2 保護動作分析

在變壓器區(qū)外故障時，差動保護有可靠的制動作用，同時在內(nèi)部故障時有較高的靈敏度，其動作判據(jù)為三側(cè)差動:

式中:I1為110 kV側(cè)電流;I2為35 kV側(cè)電流;I3為10 kV側(cè)電流;Icdd為變壓器差動電流;Izdd為變壓器差動保護制動電流;Icd為差動保護電流定值;Izd為差動保護比率制動拐點電流定值。

其保護范圍為輸入的三側(cè)CT之間的電氣設備。由故障報告可知，主變壓器比率差動定值整定為2.56 A，比率差動保護動作跳開主變壓器三側(cè)開關(guān)時差流已達到8.16 A，主變壓器35 kV側(cè)避雷器擊穿屬于區(qū)內(nèi)故障。隨后對比率制動系數(shù)和二次諧波制動系數(shù)進行校驗，均符合定值單數(shù)值。

2.3 故障波形結(jié)合序分量分析

故障時35 kV電壓波形如圖1所示。

圖1 故障時35 kV電壓波形

(1)由圖1波形可見，故障前三相電壓

式中:UKA［0］，UKB［0］，UKC［0］為 A，B，C 相故障前正常運行時的電壓。

(2)故障點序分量分析。

若35 kV系統(tǒng) B相發(fā)生單相接地故障，當Z∑1=Z∑2時，非故障相電壓為

由故障時35 kV電壓波形結(jié)合式(1)、式(2)可知，B相接地故障時，C相暫態(tài)過電壓最高，故C相避雷器首先被擊穿而引發(fā)主變壓器差動保護動作，可見其差動保護動作正確。

3 結(jié)束語

在第2天的巡線過程中發(fā)現(xiàn)，故障時正是大風天氣，110 kV線路與35 kV線路跨度較大，在大風影響下擺動較大，導線周圍的電場特性與空間電荷的分布被改變，降低了空氣的絕緣強度，造成110 kV線路向35kV線路放電，35kV系統(tǒng)暫態(tài)過電壓驟時升高而擊穿避雷器，事故后實測交叉跨越距離為2.85 m，已不能滿足規(guī)程的要求。隨后對35 kV交叉線路進行改線，以徹底消除該隱患。

隨著國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展，變電站輸送的負荷越來越大，不同電壓等級的線路在輸送時出現(xiàn)交叉和跨越的情況越來越多，這就更需要考慮在大風等惡劣天氣條件下的安全運行，以保證其供電可靠性。

［1］國家電力調(diào)度通信中心.國家電網(wǎng)公司繼電保護培訓教材［M］.北京:中國電力出版社，2009.

［2］徐建安.電力系統(tǒng)繼電保護整定計算［M］.北京:中國水利水電出版社，2007.

［3］王錫凡.現(xiàn)代電力系統(tǒng)分析［M］.北京:科學出版社，2003.