线路交叉故障引发主变压器差动保护动作分析

朱绍唐

(武威供电公司，甘肃 武威 733000)

0 引言

在电力系统中，变压器是传送电能的重要媒介，既能升高电压把电能输送到用电地区，又能降低电压供各级用户使用，以满足不同的用电需要。所以，变压器的运行状态直接影响电力系统的安全、稳定性和供电可靠性，它一旦发生故障可能对电力系统和用户造成重大的危害和影响。

1 故障现场情况

1.1 现场运行方式

某变电站有40 MV·A变压器1台，为Y/Y/D绕组类型。110kV侧为电源端，其他两侧为负荷侧。差动保护二次侧采用全星形接线。35 kV中性点隔离开关在变压器投运时合上，运行正常后拉开。

1.2 事故经过

2011－07－24 T 20:54:00，该变电站变压器差动保护动作，跳主变压器三侧，使35 kV，10 kV侧瞬间失压。

1.3 保护事件检查

20:54:50，该站主变压器比率差动动作保护动作，Icdd=8.16 A，动作相别为 C 相。

20:54:51，35 kV故障线路瞬时电流速断保护动作，开关跳闸，故障相别为B相，故障电流为41.67 A(整定定值为41.29 A)。

20:54:53，35 kV故障线路重合闸后加速保护动作，重合不成功。

20:54:57，110 kV故障线路零序过流II段、距离II段保护动作;20:54:58，重合闸动作成功，故障相别为C相。故障测距为11.4 km。

1.4 事故后试验检查

1.4.1 保护装置校验

对主变压器差动保护装置、110 kV故障线路保

护装置及35 kV故障线路保护装置零漂、采样精度及保护进行校验，均无异常，均可正确动作。

1.4.2 变压器绝缘试验

(1)变压器绕组直流电阻试验，各侧挡位直流电阻测试结果相差(线差)均合格，未发现异常。

(2)测试中压绕组对高压、低压及地的绝缘电阻时，仪表显示绝缘电阻为零，判断有接地故障。现场检查发现主变压器35 kV侧C相避雷器上盖有断裂，裂纹缝隙有烧黑现象，揭开上盖后看到避雷器上部的防爆膜已爆裂。立即对此台避雷器进行绝缘电阻测试，仪器显示电阻为零，说明避雷器已损坏。

(3)各侧绕组和高压侧电容套管的介损试验，试验结果合格。

2 故障情况分析

2.1 避雷器击穿原因分析

变压器中压侧选用YH5W－51/134电站型无间隙氧化锌避雷器，故障时暂态过电压长时间作用于无间隙避雷器保护区，引发避雷器热损伤急剧增加，直至避雷器爆炸。

系统单相接地时，相电压升高为线电压，此次事故中避雷器的额定电压(51 kV)完全能够承受，不应成为避雷器爆炸的主因。故障当日是无雷雨天气，而且故障当时并无操作任务及自动装置动作情况，所以，雷击过电压和操作过电压也不可能成为避雷器爆炸的主要原因。

由此可见，该故障并非由35 kV线路发生单纯的单相接地引起，而是一个复杂的转换性故障。

2.2 保护动作分析

在变压器区外故障时，差动保护有可靠的制动作用，同时在内部故障时有较高的灵敏度，其动作判据为三侧差动:

式中:I1为110 kV侧电流;I2为35 kV侧电流;I3为10 kV侧电流;Icdd为变压器差动电流;Izdd为变压器差动保护制动电流;Icd为差动保护电流定值;Izd为差动保护比率制动拐点电流定值。

其保护范围为输入的三侧CT之间的电气设备。由故障报告可知，主变压器比率差动定值整定为2.56 A，比率差动保护动作跳开主变压器三侧开关时差流已达到8.16 A，主变压器35 kV侧避雷器击穿属于区内故障。随后对比率制动系数和二次谐波制动系数进行校验，均符合定值单数值。

2.3 故障波形结合序分量分析

故障时35 kV电压波形如图1所示。

图1 故障时35 kV电压波形

(1)由图1波形可见，故障前三相电压

式中:UKA［0］，UKB［0］，UKC［0］为 A，B，C 相故障前正常运行时的电压。

(2)故障点序分量分析。

若35 kV系统 B相发生单相接地故障，当Z∑1=Z∑2时，非故障相电压为

由故障时35 kV电压波形结合式(1)、式(2)可知，B相接地故障时，C相暂态过电压最高，故C相避雷器首先被击穿而引发主变压器差动保护动作，可见其差动保护动作正确。

3 结束语

在第2天的巡线过程中发现，故障时正是大风天气，110 kV线路与35 kV线路跨度较大，在大风影响下摆动较大，导线周围的电场特性与空间电荷的分布被改变，降低了空气的绝缘强度，造成110 kV线路向35kV线路放电，35kV系统暂态过电压骤时升高而击穿避雷器，事故后实测交叉跨越距离为2.85 m，已不能满足规程的要求。随后对35 kV交叉线路进行改线，以彻底消除该隐患。

随着国民经济的迅速发展，变电站输送的负荷越来越大，不同电压等级的线路在输送时出现交叉和跨越的情况越来越多，这就更需要考虑在大风等恶劣天气条件下的安全运行，以保证其供电可靠性。

［1］国家电力调度通信中心.国家电网公司继电保护培训教材［M］.北京:中国电力出版社，2009.

［2］徐建安.电力系统继电保护整定计算［M］.北京:中国水利水电出版社，2007.

［3］王锡凡.现代电力系统分析［M］.北京:科学出版社，2003.