一起電流互感器故障引起的主變壓器跳閘分析

齊英偉，劉春暉，杜智超，鮑音夫

(國網(wǎng)內(nèi)蒙古東部電力有限公司電力科學(xué)研究院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020)

繼電保護(hù)是電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障，能自動、迅速、有選擇地將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使故障元件免于繼續(xù)遭到損壞，保證其他無故障部分迅速恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)[1]。反映系統(tǒng)狀態(tài)電氣量的正確與否是繼電保護(hù)正確動作的關(guān)鍵。電流互感器可以把數(shù)值較大的一次電流通過一定的變比轉(zhuǎn)換為較小的二次電流，提供給保護(hù)、測量等裝置[2]用于判斷電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，其運(yùn)行的可靠性及繞組的合理分配對電力系統(tǒng)穩(wěn)定至關(guān)重要。因此在設(shè)計(jì)選型階段應(yīng)充分結(jié)合一次設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)合理進(jìn)行保護(hù)配置，避免出現(xiàn)保護(hù)動作不一致、死區(qū)等問題，提高繼電保護(hù)動作的可靠性。本文對一起U型電流互感器雙套保護(hù)用繞組之間發(fā)生擊穿的故障進(jìn)行分析，為后續(xù)工程建設(shè)及事故分析出現(xiàn)類似情況提供借鑒。

1 故障概況

2018年11月16日，某風(fēng)電場主變壓器(以下簡稱為主變)高壓側(cè)電流互感器本體故障擊穿，主變A套保護(hù)差動速斷保護(hù)動作，B套保護(hù)差動保護(hù)啟動，未動作。高低壓側(cè)斷路器跳閘。

1.1 故障前運(yùn)行方式

220 kV系統(tǒng)單母線運(yùn)行，1號主變、220 kV出線運(yùn)行于I母線；1號主變中性點(diǎn)經(jīng)間隙接地運(yùn)行。

35 kV系統(tǒng)單母線運(yùn)行。風(fēng)電場主接線見圖1。

1.2 故障后檢查情況

現(xiàn)場檢查主變保護(hù)動作情況、一次設(shè)備情況，具體如下。

圖1 風(fēng)電場主接線圖

a.主變保護(hù)裝置動作情況：A套保護(hù)裝置差動速斷、工頻變化量差動、比率差動保護(hù)動作；B套保護(hù)裝置啟動，未動作。

b.檢查本次故障前一次保護(hù)裝置啟動時高壓側(cè)采樣，2套保護(hù)裝置采樣一致，說明主變2套保護(hù)電流回路均無問題。

c.主變故障錄波裝置啟動錄波。錄波顯示220 kV母線電壓A降低，主變高壓側(cè)A相電流明顯增大，故障錄波基本與A套保護(hù)裝置錄波一致。

d.檢查1號主變本體、兩側(cè)斷路器、隔離開關(guān)、電流互感器等設(shè)備，發(fā)現(xiàn)主變高壓側(cè)電流互感器A相有明顯放電擊穿痕跡。

e.主變高壓側(cè)電流互感器為U型電流互感器，互感器二次共6組線圈，因現(xiàn)場無互感器相關(guān)正式文件，內(nèi)部繞組分配情況無正式資料，設(shè)計(jì)圖紙按互感器繞組編號進(jìn)行，與實(shí)際結(jié)構(gòu)無法完全匹配，需結(jié)合保護(hù)動作及實(shí)際解體情況進(jìn)行驗(yàn)證。

2 故障原因分析

2.1 保護(hù)配置情況

風(fēng)電場220 kV系統(tǒng)單母線運(yùn)行方式，母線未配置保護(hù)，1號主變配置2套電氣量保護(hù)和1套非電量保護(hù)，具體配置及型號如表1所示。

主變保護(hù)用電流互感器繞組設(shè)計(jì)圖如圖2所示。

表1 主變保護(hù)配置

圖2 主變保護(hù)配置設(shè)計(jì)圖

2.2 保護(hù)動作原因分析

根據(jù)主變保護(hù)裝置動作報(bào)告及波形分析：主變發(fā)生A相接地故障，主變A套保護(hù)裝置A相采樣電流為28.26 A(一次電流約為3391 A)，A相差動電流為7.73Ie，差動速斷定值5Ie，滿足保護(hù)動作條件，A套保護(hù)動作。主變B套保護(hù)裝置在故障發(fā)生后初期，保護(hù)裝置差流為0，約15 ms后電流出現(xiàn)較大畸變，產(chǎn)生差流，但未達(dá)到定值，B套保護(hù)未動作。

結(jié)合主變A、B套保護(hù)波形見圖3，以B相電壓為基準(zhǔn)分析2套保護(hù)裝置高壓側(cè)電流可得：主變保護(hù)A套電壓UB超前IA約270°；主變保護(hù)B套電壓UB超前IA約60°。繪制2套保護(hù)電流相量圖如圖4所示，可以看出故障時刻2套保護(hù)裝置電流方向?yàn)榉聪蜈厔荨?/p>

圖3 主變A套、B套保護(hù)波形分析

圖4 主變A套、B套保護(hù)電流相量圖

結(jié)合故障發(fā)生在電流互感器內(nèi)部及上述保護(hù)裝置采樣分析初步判斷為主變A、B套保護(hù)裝置高壓側(cè)電流回路應(yīng)分別取自U型電流互感器故障點(diǎn)兩側(cè)繞組。所以A套保護(hù)裝置感受為區(qū)內(nèi)故障，保護(hù)動作正確；B套保護(hù)裝置感受為區(qū)外故障，保護(hù)未動作。

2.3 故障錄波波形分析

根據(jù)故障錄波裝置波形分析可看出，系統(tǒng)發(fā)生近區(qū)A相接地故障，220 kV母線A相電壓從正常值突降至近0，主變高壓側(cè)A相約為28 A，與主變A套保護(hù)裝置錄波采樣基本一致，說明錄波器主變高壓側(cè)電流回路繞組應(yīng)該與主變A套保護(hù)裝置高壓側(cè)電流回路繞組均在U型電流互感器同一側(cè)。主變故障錄波圖見圖5。

圖5 主變故障錄波圖

2.4 故障點(diǎn)定位

風(fēng)電場提供電流互感器繞組分配圖如圖6所示(此型號互感器廠家已不存在，無正式文件)。結(jié)合實(shí)際解體圖見圖7，故障點(diǎn)發(fā)生在U型底部，即位于主變保護(hù)A套繞組與主變保護(hù)B套繞組之間靠近B套繞組側(cè)。實(shí)際故障位置與分析基本一致。由此也可判定故障發(fā)生在主變保護(hù)A套差動保護(hù)區(qū)內(nèi)，主變保護(hù)B套差動保護(hù)區(qū)外范圍，A套保護(hù)可靠動作，B套保護(hù)未動作。保護(hù)動作行為正確。

圖6 電流互感器繞組分配圖

圖7 故障電流互感器解體圖

綜上分析，風(fēng)電場主變高壓側(cè)A相電流互感器運(yùn)行時對地?fù)舸┓烹姡瑢?dǎo)致主變差動保護(hù)動作跳開高低壓側(cè)斷路器為本次事故的直接原因；現(xiàn)場主變B套保護(hù)用電流互感器繞組取自主變側(cè)而非母線側(cè)，設(shè)計(jì)未按照十八項(xiàng)反措及標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)規(guī)范要求[3]，即U型電流互感器二次繞組分配原則為保護(hù)用電流互感器繞組應(yīng)取自母線側(cè)，母差用電流互感器繞組應(yīng)取自出線側(cè)原則進(jìn)行設(shè)計(jì)是B套保護(hù)不動作的主要原因。

3 采取措施

a.更換電流互感器。U型電流互感器因其結(jié)構(gòu)原因，底部發(fā)生故障概率較大?；ジ衅髡⑹桨惭bU型底部易出現(xiàn)積水，潮濕環(huán)境下產(chǎn)生的液體會沉積在電容芯棒底部，因此電容芯棒彎曲的部分就成為了絕緣效果最差的地方，長期處于工作狀態(tài)就容易發(fā)生電容芯棒擊穿[4-6]。建議現(xiàn)場結(jié)合實(shí)際情況更換其他類型質(zhì)量較好的電流互感器，避免此類事故再發(fā)生。

b.調(diào)整電流互感器繞組分配。對更換后電流互感器繞組分配進(jìn)行調(diào)整，按照十八項(xiàng)反措及標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)規(guī)范要求，電流互感器二次繞組分配按保護(hù)用電流互感器繞組應(yīng)取自母線側(cè)原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。

4 結(jié)束語

目前，大部分風(fēng)電場保護(hù)配置并不完善，一般220 kV出線無快速保護(hù)，僅配置遠(yuǎn)跳裝置，依靠對側(cè)變電站線路保護(hù)及遠(yuǎn)跳切除故障，220 kV無母線保護(hù)。因此保護(hù)范圍合理性和動作可靠性尤為重要。而互感器的選型、繞組分配和安裝位置會直接影響到繼電保護(hù)的功能及保護(hù)范圍，在工程設(shè)計(jì)階段應(yīng)予以充分重視。