220kV變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳閘的分析與處理

國(guó)網(wǎng)安徽省電力公司電力科學(xué)研究院 尹睿涵 吳 杰 吳興旺 丁國(guó)成 國(guó)網(wǎng)安徽省電力有限公司 謝 佳 國(guó)網(wǎng)蕪湖供電公司 劉虎城

2019年4月21日09時(shí)26分，220kV 某變電站#2主變縱差保護(hù)動(dòng)作，主變?nèi)齻?cè)斷路器2802跳閘、502跳閘、302跳閘。該變電站主接線(xiàn)圖如圖1所示，#2主變220kV 側(cè)通過(guò)2802斷路器帶母線(xiàn)，110kV 側(cè)通過(guò)502斷路器帶母線(xiàn)，35kV側(cè)通過(guò)302斷路器帶母線(xiàn)。該220kV 主變?yōu)樽择钭儔浩鳎行渣c(diǎn)直接接地運(yùn)行，型號(hào)為OSFPSZ9-120000/220，出廠(chǎng)編號(hào)為2000-056，投運(yùn)時(shí)間為2001年5月。2017年4月完成主變間隔例行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果正常。

1 相關(guān)檢查和試驗(yàn)情況

當(dāng)日對(duì)該220kV 主變進(jìn)行檢查：主變本體（含瓦斯繼電器、壓力釋放閥）及三側(cè)的開(kāi)關(guān)、電流互感器、避雷器外觀(guān)進(jìn)行檢查未發(fā)現(xiàn)異常。主變低壓側(cè)出口均進(jìn)行了絕緣化處理；對(duì)主變本體、2802電流互感器三相和502電流互感器三相取油樣進(jìn)行色譜分析，結(jié)果分別為CH48.2/1.0/1.4、C2H49.8/0.0/0.2、C2H63.4/0.0/0.0、C2H20.0/0.0/0.0、H20.0/27/16、CO 226/52/92、CO21382/241/235，結(jié)論合格；對(duì)該220kV 主變進(jìn)行繞組直流電阻試驗(yàn)、套管介損/電容量試驗(yàn)、頻響法繞組變形和低電壓阻抗試驗(yàn)，結(jié)果正常。對(duì)2802、502電流互感器進(jìn)行絕緣電阻試驗(yàn)、套管介損/電容量試驗(yàn)，結(jié)果正常。對(duì)三側(cè)避雷器進(jìn)行絕緣電阻試驗(yàn)、泄漏電流試驗(yàn)，結(jié)果正常。

通過(guò)以上試驗(yàn)、化驗(yàn)結(jié)果，判斷本次差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作不是由主變內(nèi)部故障或相應(yīng)的電流互感器、避雷器本體故障引起。

該主保護(hù)啟動(dòng)時(shí)間為04月21日09點(diǎn)26分35秒860毫秒；20毫秒時(shí)縱差保護(hù)動(dòng)作，跳開(kāi)2802、502、302開(kāi)關(guān)。主變故障錄波裝置與保護(hù)同一時(shí)刻啟動(dòng)，開(kāi)始錄波。故障錄波裝置中110kV 母線(xiàn)的電壓如圖2所示，從上至下分別為110kV 母線(xiàn)A 相、B 相、C 相電壓。可知A 相母線(xiàn)電壓出現(xiàn)突降，持續(xù)時(shí)間65ms 左右。其余母線(xiàn)電壓未發(fā)生突降。

圖2 故障錄波裝置中110kV 母線(xiàn)電壓

故障錄波裝置中主變220kV 側(cè)、110kV 側(cè)電流波形如圖3所示，從上至下波形分別為220kV 側(cè)A 相、B 相、C 相、零序電流和110kV 側(cè)A 相、B相、C 相、零序電流?？芍?20kV 側(cè)A 相電流與220kV 側(cè)零序電流相位相同，幅值顯著高于B 相、C 相；110kV 側(cè)A 相電流與110kV 側(cè)零序電流相位相同，幅值顯著高于B 相、C 相。疑似220kV 側(cè)A 相或110kV 側(cè)A 相發(fā)生了單相短路接地故障。

主變保護(hù)裝置中，主變220kV 側(cè)、110kV 側(cè)電流波形如圖4所示，從上至下分別為110kV 側(cè)C 相、B 相、A 相電流，220kV 側(cè)C 相、B 相、A 相電流，縱差C 相、B 相、A 相差流。A 相差流3.129A，B相差流0.022A，C 相差流3.109A?？芍褐髯?20 kV 側(cè)A 相有較大電流流過(guò)，換算到一次側(cè)電流峰值為5000A 左右；主變110kV 側(cè)A 相電流較小；主變220kV 側(cè)A 相電流與A 相差流相位相同，與C 相差流相位相反。疑似220kV 側(cè)A 相發(fā)生了單相短路接地故障。

進(jìn)一步觀(guān)察差流情況[1-2]可知，220kV 側(cè)A 相電流與A 相差流相位相同、與C 相差流相位相反。三相差流AD、BD、CD的計(jì)算公式如下：AD=(AHBH)×KH+(AM-IBM)×KM+AL×KL、BD=(BH-CH)×KH+(BM-CM)×KM+BL×KL、CD=(CH-AH)× KH+(CM-AM)×KM+CL×KL，其中AH、BH、CH為高壓側(cè)電流，AM、BM、CM分別為中壓側(cè)電流，AL、BL、CL分別為低壓側(cè)電流，KH、KM、KL分別為高、中、低壓側(cè)的平衡常數(shù)。由圖4可知AH顯著高于其他電流值，可推得AD=(AH)×KH、CD=(-AH)×KH，即高壓側(cè)A 相電流與A 相差流相位相同，與C 相差流相位相反，與保護(hù)波形圖相吻合。

2 故障原因分析與確認(rèn)

在主變保護(hù)裝置和故障錄波裝置中，110kV 側(cè)A 相出現(xiàn)大小差別顯著的現(xiàn)象。原因在于該220kV主變保護(hù)裝置的電流信號(hào)取自于斷路器電流互感器，而故障錄波裝置的電流信號(hào)取自于主變套管電流互感器。在故障錄波裝置中110kV 側(cè)A 相電流較大，表明流經(jīng)主變套管的電流較大；而主變保護(hù)裝置中110kV 側(cè)A 相電流較小，表明流經(jīng)斷路器電流互感器的電流較小，電流在流經(jīng)110kV 側(cè)A 相主變套管至斷路器電流互感器的過(guò)程中發(fā)生了分流。結(jié)合110kV 母線(xiàn)電壓突降的情況推測(cè)110kV 側(cè)A 相主變套管至斷路器電流互感器的連接線(xiàn)路上發(fā)生了單相接地故障。故障時(shí)電流示意圖如圖5所示，110kV側(cè)A 相主變套管電流I套為短路接地電流I短與流過(guò)502斷路器電流I斷之和。

通過(guò)以上分析確認(rèn)故障范圍后，對(duì)該范圍內(nèi)的一次引線(xiàn)進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)該主變110kV 側(cè)龍門(mén)架頂端A 相跨線(xiàn)的反弓線(xiàn)上端有明顯的異物放電痕跡，呈散點(diǎn)放射狀，并在龍門(mén)架耐張絕緣子串球頭部位置發(fā)現(xiàn)白色放電痕跡。進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)，該故障點(diǎn)臨近的變電站圍墻外異物堆積，周邊的小樹(shù)上有多處異物懸掛，存在著較大的漂浮物風(fēng)險(xiǎn)。

3 結(jié)論與建議

故障發(fā)生當(dāng)日，該變電站處于強(qiáng)降雨和陣風(fēng)的環(huán)境中。此時(shí)一次引線(xiàn)上形成一層水膜或者布滿(mǎn)水滴，使得引線(xiàn)的起暈電壓降低[3]，導(dǎo)致引線(xiàn)周邊發(fā)生尖端放電，進(jìn)一步加劇了引線(xiàn)周邊電場(chǎng)的不均勻程度。故障點(diǎn)臨近的變電站圍墻外漂浮物較多，在陣風(fēng)影響下，飄至故障點(diǎn)附近，在不均勻電場(chǎng)中發(fā)生局部放電并迅速發(fā)展成對(duì)絕緣子球頭擊穿。異物在瞬間的強(qiáng)電場(chǎng)下發(fā)生分解，部分散落在引線(xiàn)上留下痕跡。該變電站運(yùn)行環(huán)境缺乏有效治理[4-5]是本次故障的關(guān)鍵誘因，為避免類(lèi)似問(wèn)題再次發(fā)生，提出如下建議：

充分認(rèn)識(shí)變電站運(yùn)行環(huán)境問(wèn)題的反復(fù)性和重要性。變電站運(yùn)行環(huán)境隨著時(shí)間的推移、天氣的變化在不斷改變，如異物風(fēng)險(xiǎn)得不到及時(shí)管控，易發(fā)生異物短路故障。應(yīng)加強(qiáng)與地方政府的溝通、協(xié)調(diào)，依法依規(guī)地及時(shí)處置變電站周邊異物（民房、廢品收購(gòu)站、塑料大棚、垃圾堆場(chǎng)）風(fēng)險(xiǎn)。

建立常態(tài)化的變電站運(yùn)行環(huán)境治理機(jī)制。明確治理周期。每年定期開(kāi)展兩次變電站運(yùn)行環(huán)境巡視和整改，收到惡劣天氣特別是大風(fēng)預(yù)警時(shí)應(yīng)安排特巡；形成整改閉環(huán)。對(duì)排查發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題應(yīng)建檔保存，逐項(xiàng)落實(shí)責(zé)任人、整改措施、整改時(shí)間；以檢查、考核促進(jìn)整改落實(shí)。將變電站運(yùn)行環(huán)境的排查、整改情況納入考核范疇。

變電站運(yùn)行環(huán)境監(jiān)督關(guān)口前移。在新（改、擴(kuò)）建變電站設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收環(huán)節(jié)中，落實(shí)運(yùn)行環(huán)境治理要求，一旦發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)整改，避免后續(xù)因停電困難導(dǎo)致問(wèn)題遺留。