10 kV線路故障引起主變差動保護動作的分析

蔣 佳

(江蘇無錫供電公司，江蘇無錫214061)

隨著電網(wǎng)和電力設備技術(shù)的不斷發(fā)展，10 kV系統(tǒng)現(xiàn)在多采用小電阻接地方式，與傳統(tǒng)的不接地系統(tǒng)或者經(jīng)消弧線圈接地的方式存在很大差異，當10 kV線路發(fā)生單相接地故障時，故障電流會引起線路保護動作跳開線路的開關(guān)[1]。在110 kV某變電站10 kV線路發(fā)生故障、線路保護動作并重合于故障時，主變差動保護動作跳開其兩側(cè)開關(guān)。分析了一起10 kV線路故障引起的主變差動保護動作案例，討論了故障排查過程，確定了故障點。

1故障經(jīng)過

110 kV變電站10 kV127線路零序速斷保護動作，跳開127斷路器。重合于故障時后加速保護動作，跳開127斷路器。動作報文為：618 ms，零序速斷保護動作；1694 ms，重合閘動作；2 385 ms，零序速斷保護動作。

在2 385 ms，主變差動保護動作，跳開主變兩側(cè)斷路器。主變差動保護動作時一次系統(tǒng)接線如圖1所示。值得注意的是：該站的10 kV系統(tǒng)接地方式為主變低壓側(cè)直接接入Z型接地變，其中性點經(jīng)小電阻接地。該接地變壓器聯(lián)接組別為：Zn11，即接地變壓器10 kV側(cè)繞組曲折聯(lián)接為11點鐘后在中性點經(jīng)小電阻（10 Ω）接地，取得10 kV系統(tǒng)的人為中性點。

圖1主變跳閘時一次系統(tǒng)示

2保護初步檢查

保護配置情況。主變配置瓦斯保護、差動保護（該次案例中動作的保護）、高后備、低后備。10 kV線路配置相間電流Ⅰ、Ⅱ段保護（本次案例中動作的保護），零序電流Ⅰ、Ⅱ保護（本次案例中動作的保護），重合閘后加速保護。主變?nèi)萘繛?0 MV·A，差動保護定值整定為主變高壓側(cè)額定電流的0.8倍，折算到主變低壓側(cè)的電流為1 760 A。10 kV線路保護零序電流速斷定值整定為240 A、延時0.6 s，相間速斷電流整定為900 A、延時0.5 s。現(xiàn)場進行以下檢查和分析。

（1）觀察10 kV線路故障的錄波圖。10 kV127線路保護的故障波形如圖2所示，保護的動作行為符合整定值、重合閘的時間和保護后加速的要求。

圖2 10 kV127線路保護故障波形

（2）主變保護現(xiàn)場檢查。檢查主變差動保護10 kV側(cè)開關(guān)CT極性正確、伏-安特性滿足要求；變比為3 000/5，故障時CT沒有飽和；差動保護與后備保護采樣試驗、差動保護平衡試驗、差動保護定值校驗正確等。

3故障原因綜合分析

3.1主變差動保護10 kV側(cè)故障電流和電壓波形分析

觀察主變差動保護10 kV側(cè)斷路器故障電流、電壓波形如圖3所示，該次故障可分為4個過程。

圖3主變差動保護10 kV側(cè)斷路器故障電流和電壓波形

（1）10kV線路重合于故障前，母線三相電壓正常。

（2） 0～630 ms，10 kV線路重合于故障后，B相電壓跌落、A與C相電壓升高，B相故障電流持續(xù)存在。10 kV線路保護經(jīng)600 ms延時，動作切除本線路的B相故障接地點。

（3） 630～670 ms，A 相電壓跌落，B 相電壓上升至故障前的正常值，B相故障電流突然增大。在小電阻接地系統(tǒng)中，單相接地故障電流鉗制在600 A左右（視小電阻的阻值而定），B相故障電流突然增大則說明電網(wǎng)中發(fā)生相間故障才會產(chǎn)生大于600 A的故障電流。A相電壓跌落證明A相發(fā)生了接地故障，構(gòu)成AB相間故障。結(jié)合10 kV線路保護的動作波形看，10 kV線路A相沒有故障電流、B相有故障電流，說明發(fā)生了異地的兩相接地故障，而且只有“零序速斷保護動作”，在670 ms時跳開B相接地的127線路斷路器。在這期間主變差動保護由于B相故障點在差動保護區(qū)外，B相故障電流屬于制動電流，主變差動保護閉鎖未出口。

（4）670～710 ms，B相故障電流消失。B相電壓上升至C相電壓值且持續(xù)40 ms，說明主變低壓側(cè)開關(guān)處在合閘狀態(tài)。710 ms后，10 kV母線三相電壓消失，說明主變差動保護動作跳開主變兩側(cè)開關(guān)。在此期間，主變差動保護由于區(qū)外B相故障點切除，制動電流消失，A相故障電流屬于差動電流，差動保護開放出口跳閘。保護動作報文看：10 kV線路的斷路器切除B相故障瞬間，主變差動保護動作。

3.2主變差動保護電流波形分析

為了更好地佐證上述故障的推理過程，利用圖4的主變差動保護故障電流波形進行分析。分2個時段解釋故障波形。

圖4主變差動保護故障電流波形

（1）0～40 ms階段，主變差動保護高壓側(cè)B相電流是A、C兩相幅值的兩倍且相位相反。針對聯(lián)接組別為Y/△-11的變壓器，這是故障發(fā)生在主變△側(cè)的AB相間故障的特征波形。但10 kV側(cè)只有B相的故障電流，沒有A相的故障電流。，說明B相故障點在主變差動保護范圍之外，A相接地故障點在其內(nèi)。

（2）40～80 ms階段，主變差動保護高壓側(cè)A、B兩相電流幅值相等且相位相反。針對接線組別為Y/△-11的變壓器、在10 kV側(cè)有人為中性點經(jīng)小電阻接地情況下，利用圖5可以清晰解釋這40 ms的電流波形。正是這40 ms的電流導致差動保護動作跳開主變兩側(cè)開關(guān)。

綜上所述，在10 kV 127線路發(fā)生B相永久性接地故障時，非故障相電壓升高導致接地變A相絕緣擊穿，構(gòu)成了相間短路故障。Z型接地變在主變差動保護的范圍內(nèi)，現(xiàn)場檢查接地變A相樁頭確實有對地放電痕跡。

圖5 10 kV側(cè)A相接地時高壓側(cè)電流流向

4結(jié)束語

隨著小電阻接地方式在10 kV系統(tǒng)中廣泛使用，10 kV線路故障時線路保護必需確?？焖賱幼鞲綦x故障點。如文中所述的由于10 kV線路發(fā)生接地故障，非故障相電壓升高使接地變樁頭絕緣擊穿產(chǎn)生了第二接地點，進而形成相間故障的幾率雖然比較小，但線路保護動作切除第一接地點后，差動保護區(qū)內(nèi)的接地故障電流引發(fā)差動保護動作的案例卻仍屬正常。但如果不利用故障電流電壓的波形進行仔細分析，很難確定故障點，也不易發(fā)現(xiàn)故障點的實際位置，甚至還會得出主變差動保護誤動作的結(jié)論，直接影響繼電保護的維護和管理的效果。

[1]鮑有理，嚴 芬.幾起主變保護動作原因分析[J].江蘇電機工程，2012，31（4）：9-11.