一起220 kV變壓器差動保護誤動事故分析

程 強，賈景東，李社勇

（1.國網(wǎng)山西省電力公司電力調(diào)度控制中心，山西 太原 030001；2.國網(wǎng)晉城供電公司，山西 晉城 048000；3.國網(wǎng)晉中供電公司，山西 晉中 030600）

一起220 kV變壓器差動保護誤動事故分析

程 強1，賈景東2，李社勇3

（1.國網(wǎng)山西省電力公司電力調(diào)度控制中心，山西 太原 030001；2.國網(wǎng)晉城供電公司，山西 晉城 048000；3.國網(wǎng)晉中供電公司，山西 晉中 030600）

針對某220 kV變電站的不接地主變在變電站110 kV出線單相接地故障期間一套主變差動保護誤動作情況進(jìn)行分析，指出主變中壓側(cè)C相電流互感器二次側(cè)串入零序電流是本次誤動的原因，并根據(jù)錄波圖分析結(jié)果排查出故障點消除缺陷。

變壓器；差動保護；誤動作

0 引言

繼電保護是電力系統(tǒng)的重要組成部分，其基本任務(wù)是自動迅速、有選擇性地將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使故障元件免于損壞[1]，而完善正確的二次回路是保證繼電保護正確實現(xiàn)功能的基礎(chǔ)。220 kV變壓器一般配置雙套差動保護作為主保護，本文針對山西某220 kV變電站發(fā)生的一起110 kV出線單相接地故障期間，不接地主變的1套差動保護由于二次回路粘連造成多點接地的誤動作情況進(jìn)行分析，給出了故障原因，消除了故障隱患。

1 事故經(jīng)過

某220 kV變電站有1號、2號2臺主變，220 kV和110 kV為雙母線接線，均并列運行，35 kV為單母分段接線，分裂運行，1號主變高中壓側(cè)接地，2號主變不接地，110 kV某甲線長20.68 km，充電運行本側(cè)重合閘退出。2號主變配置主后一體保護PST-1200和RCS-978E及非電量保護RCS-974。

2016年6月19日08:48:00，受鳥害影響，該變電站110 kV某甲線17.92 km處發(fā)生B相接地故障，2號主變保護RCS-978E差動保護動作，跳開主變?nèi)齻?cè)開關(guān)，0.6 s后110 kV某甲線接地距離二段動作切除故障。事故發(fā)生后，檢修人員調(diào)取了故障錄波圖，判斷在區(qū)外故障時，2號主變PST-1200正確不動作，RCS-978E不正確動作。

2 錄波圖分析

現(xiàn)場提取RCS-978E保護裝置錄波如圖1，圖中IACD1、IBCD1、ICCD1分別代表A、B、C三相差流，IA1、IB1、IC1、I01分別代表2號主變高壓側(cè)A、B、C三相電流和零序電流，IA3、IB3、IC3、I03分別代表2號主變中壓側(cè)A、B、C三相電流和零序電流，主變低壓側(cè)電流基本為0，不影響本文分析，不予列出。

2號主變 RCS-978E差動保護定值為 0.4Ie（0.504 A），差動速斷定值5Ie（6.3 A），比率制動系數(shù)0.5，制動電流第一拐點0.5Ie，第二拐點6Ie，第一折線斜率0，第三折線斜率0.75，可做出穩(wěn)態(tài)比率差動保護的動作特性，并使用故障錄波分析軟件CAAP2008X對動作過程中ABC相差流進(jìn)入動作區(qū)的過程進(jìn)行分析。

圖1 2號主變RCS-978E裝置錄波圖

2.1 正常運行狀態(tài)下的錄波圖分析

圖2 正常運行狀態(tài)差流（A）

從錄波圖可以看出，故障前的正常運行狀態(tài)，RCS-978E的三相差流均接近于0，差流均在穩(wěn)態(tài)差動動作區(qū)外如圖2，RCS-978E向量測試正確，保護裝置正常運行。

2.2 故障至主變?nèi)齻?cè)跳開前的錄波圖分析

正常方式1號主變高、中壓側(cè)接地運行，2號主變不接地運行。故障時1號主變可以正確傳變零序電流，意味著1號主變?nèi)齻?cè)開關(guān)及所屬母線的線路間隔所供電流與110 kV某甲線故障電流基本一致。110 kV出線故障至主變?nèi)齻?cè)跳開前，2號主變RCS-978E保護C相差流進(jìn)入穩(wěn)態(tài)差動動作區(qū)內(nèi)如圖3，區(qū)外故障主變保護出線差流，需要對2號主變在區(qū)外短路時的電流進(jìn)行理論分析，由于2號主變不能傳變零序電流，三側(cè)開關(guān)及所屬母線的線路間隔非故障相電流是由正序分量、負(fù)序分量疊加合成得到[2]。根據(jù)單相接地故障時復(fù)合序網(wǎng)圖如圖4，110 kV某甲線B相接地故障時的特征量為IB1=IB2=IB0，向量圖見圖4。

圖3 線路B相接地故障期間差流（A）

由向量圖可以看出，2號主變高中壓側(cè)均應(yīng)只有正負(fù)序電流而不應(yīng)有零序電流，且AC相正電流方向相同與B相電流方向相反，AC相電流之和與B相電流大小相等。主變高壓側(cè)的錄波圖顯示符合該向量分析結(jié)果，但是中壓側(cè)的錄波圖顯示雖然AC相正電流方向相同與B相電流方向相反，但AC相電流之和與B相電流大小不相等，且出現(xiàn)了較大的零序電流。不接地變壓器中壓側(cè)出現(xiàn)零序電流，說明主變中壓側(cè)一次或者二次上出現(xiàn)了接地點。

2.3 主變?nèi)齻?cè)跳開后的錄波圖分析

主變?nèi)齻?cè)跳開后的錄波圖顯示，主變高壓側(cè)三相電流已經(jīng)為零，主變中壓側(cè)AB相電流為零，C相電流與零序電流大小相等，相位相同。由于2號主變?nèi)齻?cè)的一次已經(jīng)斷開，而中壓側(cè)仍然存在零序電流，說明該零序電流是從中壓側(cè)C相二次回路串入的。

圖4 B相接地故障時不接地間隔電流向量圖

為驗證是否只是主變中壓側(cè)C相二次回路串入電流造成的RCS-978E差動保護誤動，使用錄波分析軟件編程濾除中壓側(cè)零序電流后，做出2號主變?nèi)嗖盍魅^程動作軌跡，可見軌跡均在動作區(qū)外，從而進(jìn)一步確認(rèn)之前分析的結(jié)果。

圖5 濾除中壓側(cè)C相二次串入電流后的差流

3 故障排查

根據(jù)錄波圖分析結(jié)果，誤動主要原因是二次串入了電流造成的，因此有必要對2號主變RCS-978E保護中壓側(cè)C相電流二次回路進(jìn)行排查。

檢修人員對保護裝置電流回路二次接線正確性進(jìn)行檢查，保護電流二次回路接線正確，主變差動保護主控室一點接地。對電纜的絕緣電阻進(jìn)行了檢查。甩開102端子箱、RCS-978E保護屏102電流二次線，用500 V兆歐表測量各芯對地以及各芯線之間的絕緣電阻滿足規(guī)范要求。甩開102端子箱、CT二次接線盒電流二次線，用500 V兆歐表測量各芯對地絕緣電阻滿足規(guī)范要求；測量各芯線之間絕緣電阻時，發(fā)現(xiàn)1號芯（2CS2）與10號芯（3CS1）絕緣電阻為0。其中1號芯連接測量繞組的中間抽頭和端子箱，10號芯連接保護繞組（3CS1）和端子箱，經(jīng)解剖電纜發(fā)現(xiàn)，該相鄰芯絕緣出廠時已損壞。

4 原因分析

測量繞組空抽頭2CS2與保護繞組3CS1粘連是造成本次事故的主要原因。主變差動保護CT二次接地點在主控室保護屏接地，測量繞組空抽頭2CS2與3CS1粘連后通過測量繞組在端子箱接地，造成CT差動電流保護回路兩點接地。

圖6 本次故障電流二次回路

測量繞組拐點電壓低是造成本次事故又一重要原因。經(jīng)現(xiàn)場做測量繞組的伏安特性試驗發(fā)現(xiàn)，拐點電壓為24 V，在發(fā)生一次設(shè)備接地故障時，變電站接地網(wǎng)中流過很大的零序電流，從而引起變電站不同接地點存在電位差，當(dāng)測量繞組接地點與保護繞組接地點之間的電位差大于24 V時，CT測量繞組迅速飽和，勵磁阻抗急劇減小，為電流流通提供了通道。本次線路發(fā)生單相接地故障時，2號主變中壓側(cè)C相電流因此串入零序電流，造成主變保護差流增大，導(dǎo)致差動保護誤動。具體二次回路見圖6，圖中虛線表示同一根電纜中的兩根芯導(dǎo)通，箭頭線為串入的電流通路。

5 結(jié)語

本文通過分析區(qū)外故障不接地主變差動保護誤動作錄波圖，揭示了誤動主變中壓側(cè)C相二次回路串入零序電流是差流形成的原因，而零序電流形成的原因是不同接地點之間在故障時存在電位差，并根據(jù)分析結(jié)果排查出故障電纜，找到故障點消除了缺陷。由分析可知繼電保護正確發(fā)揮作用的關(guān)鍵除了保護裝置的軟硬件質(zhì)量過關(guān)外，另一個決定性因素是具備能夠正確測量、傳遞電力系統(tǒng)一次運行狀態(tài)的二次回路，因此運維人員應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)程規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，加強電流、電壓、控制等二次回路的驗收和維護，才能杜絕此類問題的再次發(fā)生。

[1]張保會，尹項根.電力系統(tǒng)繼電保護：第2版 [M].北京：中國電力出版社，2010:3-4.

[2]何仰贊，溫增銀.電力系統(tǒng)分析（上冊）：第3版 [M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2002:202-204.

Analysis of a Malfunction Accident of a 220 kV Transformer Differential Protection

CHENG Qiang1,JIA Jingdong2,LI Sheyong3
（1.State Grid Shanxi Electric Power Dispatching and Control Center of SEPC, Taiyuan,Shanxi030001,China; 2.State Grid Jincheng Power Supply Company of SEPC,Jincheng,Shanxi048000,China; 3.State Grid Jinzhong Power Supply Company of SEPC,Jinzhong,Shanxi030600,China）

When a single-phase earth fault occurred on a 110 kV transmission line in a 220 kV substation,one of the transformer differential protection for the neutral-point unearthing transformer malfunctioned.Analysis showed that some zero sequence current merging into the secondary side of the C phase current transformer of mid-voltage side of the transformer was the main reason.Then accordingtothe analysis ofthe fault current recorded diagram,the fault point was found and eliminated.

transformer;differential protection;mal-function

TM773

B

1671-0320（2017）02-0005-04

2016-12-12，

2017-02-10

程 強（1984），男，湖北廣水人，2010年畢業(yè)于西安交通大學(xué)電力工程系，碩士，工程師，從事山西電網(wǎng)整定計算工作；

賈景東（1981），男，山東巨野人，2007年畢業(yè)于華北電力大學(xué)電氣工程及其自動化專業(yè)，工程師，從事繼電保護運維工作；

李社勇（1962），男，山西晉中人，1985年畢業(yè)于北京電力高等專科學(xué)校電力系統(tǒng)繼電保護專業(yè)，高級工程師，從事繼電保護管理工作。