一起站內(nèi)線路多重故障引發(fā)變壓器保護(hù)動(dòng)作的電網(wǎng)故障分析

國網(wǎng)天津市電力公司城西供電分公司 孫明鵬 國網(wǎng)天津市電力公司電纜分公司 齊玉娟

國網(wǎng)天津市電力公司城西供電分公司 楊小偉 合 鵬 高維釗

2022年1月5日，某35kV 變 電 站10kV 出 線562單相接地短路保護(hù)動(dòng)作，562開關(guān)跳閘。同時(shí)2號(hào)主變低后備保護(hù)動(dòng)作，分段開關(guān)245跳閘。繼電保護(hù)人員通過現(xiàn)場調(diào)取保護(hù)裝置動(dòng)作報(bào)告、故障波形，并對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)分析，綜合分析判斷發(fā)生故障的原因，推演電網(wǎng)事故的發(fā)展過程，判斷保護(hù)是否正確動(dòng)作，驗(yàn)證分析的正確性。

1 基本情況

1.1 該站正常運(yùn)行方式

變電站一次系統(tǒng)的主接線圖如圖1所示。正常運(yùn)行方式下，分段開關(guān)245在分閘狀態(tài)，作為備自投開關(guān)，所有10kV 出線開關(guān)均在合閘狀態(tài)。

圖1 變電站一次系統(tǒng)主接線圖

1.2 保護(hù)裝置情況

10kV 出線保護(hù)方面：零序CT 變比為600/5。保護(hù)動(dòng)作值隨時(shí)間變化分別見表1、表2。

表1 10kV 出線562保護(hù)動(dòng)作

表2 10kV 出線567保護(hù)動(dòng)作

2號(hào)主變保護(hù)方面：低壓側(cè)主CT 變比為1600/5。主變低后備保護(hù)動(dòng)作值隨時(shí)間變化見表3。

表3 2號(hào)主變低后備保護(hù)動(dòng)作

1.3 保護(hù)動(dòng)作情況

兩套2號(hào)主變保護(hù)裝置“保護(hù)跳閘”燈亮。翻閱動(dòng)作記錄，兩套裝置均在2022年1月5日14時(shí)03分4.942秒保護(hù)啟動(dòng)，經(jīng)1.299s 后低自產(chǎn)零流保護(hù)1時(shí)限跳閘出口，跳分段開關(guān)245，低自產(chǎn)零流保護(hù)2時(shí)限定值為1.5s，并沒有動(dòng)作。2號(hào)主變保護(hù)裝置動(dòng)作報(bào)告如圖2所示。

圖2 2號(hào)主變保護(hù)裝置動(dòng)作報(bào)告

同一時(shí)段，10kV 562線路零序過流保護(hù)動(dòng)作，查看裝置，14時(shí)03分5.261秒保護(hù)啟動(dòng)，經(jīng)過了999ms后，于14時(shí)03分6.260秒保護(hù)動(dòng)作，符合1s 的定值。10kV562線路零序過流保護(hù)動(dòng)作報(bào)告如圖3所示。

圖3 10kV 562線路保護(hù)裝置動(dòng)作報(bào)告

從上述保護(hù)裝置動(dòng)作報(bào)告可以看出，2號(hào)主變保護(hù)裝置和10kV 562線路保護(hù)裝置分別按照自己的定值正確動(dòng)作，但562線路發(fā)生接地故障且故障被切除后，2號(hào)主變低后備自產(chǎn)零序過流保護(hù)1時(shí)限仍然保護(hù)出口。從主變裝置看，其啟動(dòng)時(shí)間為14時(shí)03分4.942秒，比562線路保護(hù)早啟動(dòng)319ms，沒有躲過線路和主變低后備零序300ms 的定值極差。

2 事故原因分析

2.1 保護(hù)裝置故障波形分析

10kV 562線路保護(hù)裝置故障波形圖如圖4所示。

圖4 10kV 出線562保護(hù)裝置故障波形圖

從故障波形圖上可以看出，A 相電流和外接零序電流同時(shí)出現(xiàn)，且零序電流相位與故障相電流同向。在故障初期有很大的沖擊電流，二次側(cè)最大達(dá)24.18A，持續(xù)約60ms 后電流穩(wěn)定在3.8A 左右，大于動(dòng)作定值，且A 相電壓明顯降低，從保護(hù)啟動(dòng)到零序過流I 段動(dòng)作經(jīng)過1s 的時(shí)間。因此，確定562線路故障為A 相單相短路接地。但在A 相故障前C相電壓明顯降低，且C 相電流是正常負(fù)荷電流，再分析2號(hào)主變保護(hù)裝置的故障波形圖，如圖5所示。

圖5 2號(hào)主變保護(hù)裝置的故障波形圖

從圖上分析，2號(hào)主變保護(hù)裝置是隨著低壓側(cè)C相電壓降低而啟動(dòng)，直到562線路A 相故障時(shí)一直為啟動(dòng)狀態(tài)，且C 相電流大小為A、B 相電流大小的兩倍以上，A、B 相電流平衡，可知此時(shí)很有可能為2號(hào)主變所帶的其他線路有C 相單相接地的情況。查看2號(hào)主變所帶的其他線路保護(hù)裝置的啟動(dòng)記錄，發(fā)現(xiàn)10kV 出線567在當(dāng)天14時(shí)03分4.941秒有保護(hù)啟動(dòng)的動(dòng)作報(bào)告。調(diào)取10kV 出線567故障錄波圖如圖6所示。

圖6 10kV 出線567故障錄波圖

根據(jù)波形圖分析，C 相電流增大，電壓降低，且出現(xiàn)與C 相電流同相位的外接零序電流，因此根據(jù)波形特點(diǎn)，確定為C 相單相接地短路故障。故障持續(xù)時(shí)間約為380ms，沒有達(dá)到1s 的動(dòng)作時(shí)限，因此沒有動(dòng)作。C 相故障電流約為4.3A，歸算到一次側(cè)為4.3×120=516A，再歸算到主變低壓二次側(cè)為516/320=1.61A，可以啟動(dòng)主變保護(hù)裝置低零序過流保護(hù)，符合主變裝置上14時(shí)03分4.942秒的啟動(dòng)時(shí)間，因此2號(hào)主變保護(hù)比10kV 出線562保護(hù)早啟動(dòng)的約320ms 時(shí)間為10kV 出線567故障所致。

再次分析2號(hào)主變保護(hù)裝置的故障波形圖5，圖上左面的光標(biāo)以前是只有10kV 出線567C 相單相接地短路的故障，右面的光標(biāo)以后是只有10kV 出線562A 相單相接地短路的故障，兩個(gè)光標(biāo)之間是兩條10kV 出線同時(shí)發(fā)生故障的時(shí)間，相當(dāng)于10kV 側(cè)為兩相接地短路，此時(shí)系統(tǒng)內(nèi)接地點(diǎn)增多，短路阻抗減小，短路電流增大，因此在10kV 出線562的故障波形圖中會(huì)有短時(shí)的沖擊電流，最大有效值達(dá)到了24A，已經(jīng)達(dá)到速斷的定值，但只持續(xù)了60ms 左右，小于速斷200ms 的動(dòng)作時(shí)間，因此速斷保護(hù)未動(dòng)作，而是零序保護(hù)動(dòng)作。

綜上所述，本次動(dòng)作過程為10kV 出線567首先發(fā)生C 相單相接地故障，567線路和2號(hào)主變保護(hù)裝置同時(shí)啟動(dòng)，經(jīng)過大約320ms 后，10kV 出線562發(fā)生A 相單相接地故障，此時(shí)兩條10kV 出線同時(shí)發(fā)生故障。再經(jīng)過60ms 后，567線路接地故障消失，但主變保護(hù)依然在啟動(dòng)狀態(tài)，又經(jīng)過920ms 后，主變低壓側(cè)自產(chǎn)零序過流保護(hù)1時(shí)限動(dòng)作，跳開分段開關(guān)245出口，保護(hù)裝置跳閘燈亮。后經(jīng)過20ms 后，562線路零序I 段保護(hù)動(dòng)作，切除故障，主變保護(hù)同時(shí)返回，低壓側(cè)自產(chǎn)零序過流2時(shí)限未出口，受總沒有動(dòng)作。保護(hù)動(dòng)作時(shí)序圖[2]如圖7所示。

圖7 保護(hù)動(dòng)作時(shí)序圖

通過對(duì)保護(hù)裝置動(dòng)作報(bào)告和故障波形圖的分析，以及通過保護(hù)動(dòng)作時(shí)序圖可以看出，562斷路器保護(hù)、567斷路器保護(hù)以及2號(hào)主變低壓側(cè)零序過流保護(hù)均為正確動(dòng)作。

2.2 一次設(shè)備分析

10kV 出線562和567從變電站配出之后都是電纜架空混合線路，事故發(fā)生后，配電運(yùn)維人員第一時(shí)間對(duì)10kV 出線562和567進(jìn)行線路特巡，查找故障原因，盡快消除故障，恢復(fù)正常供電。經(jīng)運(yùn)維人員排查發(fā)現(xiàn)，線路567某電桿周邊樹木離架空線路水平距離過近，小于《電力設(shè)施保護(hù)條例》中規(guī)定的電壓等級(jí)為10kV 的線路在最大風(fēng)偏與樹木水平距離為1.5米的要求[3]。如圖8所示。

圖8 10kV 出線某電線桿邊相刀閘搭樹枝

當(dāng)天正值大風(fēng)天氣，架空線周邊樹潮濕的樹枝搭在邊相刀閘上，引起放電，造成10kV 出線567發(fā)生瞬時(shí)性單相接地故障，保護(hù)啟動(dòng)。經(jīng)過380ms，由于大風(fēng)原因，潮濕樹枝與邊相刀閘分開，瞬時(shí)性故障返回，因?yàn)闆]有達(dá)到單相接地短路故障的動(dòng)作時(shí)間1s，所以斷路器567沒有跳閘。

經(jīng)排查，10kV 出線562故障是由于某電桿電纜頭搭火點(diǎn)落鳥巢引起的永久性單相接地故障。10kV出線562某電桿鳥巢處理前后如圖9所示。

圖9 10kV 出線562某電桿搭火點(diǎn)落鳥巢

3 暴露的問題及整改防范措施

3.1 暴露的問題

兩條10kV 出線故障暴露出運(yùn)行巡視工作不到位。未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)電桿周邊樹木離架空線路水平距離過近的事故隱患，未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)電桿上的鳥巢并進(jìn)行處理。

3.2 整改防范措施

配電運(yùn)維人員應(yīng)重點(diǎn)做好以下工作[4]：一是加強(qiáng)鳥害樹害隱患排查治理。二是加強(qiáng)故障線路特巡。三是不斷提高故障分析判斷和處理能力，有效預(yù)防和處理電網(wǎng)事故的發(fā)生。

本文對(duì)某35kV 變電站內(nèi)10kV562線路和567線路同時(shí)發(fā)生單相接地短路，進(jìn)而引起2號(hào)主變低后備保護(hù)動(dòng)作的復(fù)雜電網(wǎng)事故進(jìn)行了詳細(xì)的故障波形分析和一次設(shè)備分析。通過對(duì)故障波形細(xì)節(jié)處的分析，能夠幫助運(yùn)維人員快速查明一次設(shè)備故障原因，精準(zhǔn)確定故障地點(diǎn)，并采取相應(yīng)措施快速消除故障，保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。最后針對(duì)此次事故暴露出的主要問題進(jìn)行詳細(xì)分析，制定相應(yīng)的整改防范措施，避免類似電網(wǎng)事故重復(fù)發(fā)生。