10 kV线路故障引起主变差动保护动作的分析

蒋 佳

(江苏无锡供电公司，江苏无锡214061)

随着电网和电力设备技术的不断发展，10 kV系统现在多采用小电阻接地方式，与传统的不接地系统或者经消弧线圈接地的方式存在很大差异，当10 kV线路发生单相接地故障时，故障电流会引起线路保护动作跳开线路的开关[1]。在110 kV某变电站10 kV线路发生故障、线路保护动作并重合于故障时，主变差动保护动作跳开其两侧开关。分析了一起10 kV线路故障引起的主变差动保护动作案例，讨论了故障排查过程，确定了故障点。

1故障经过

110 kV变电站10 kV127线路零序速断保护动作，跳开127断路器。重合于故障时后加速保护动作，跳开127断路器。动作报文为：618 ms，零序速断保护动作；1694 ms，重合闸动作；2 385 ms，零序速断保护动作。

在2 385 ms，主变差动保护动作，跳开主变两侧断路器。主变差动保护动作时一次系统接线如图1所示。值得注意的是：该站的10 kV系统接地方式为主变低压侧直接接入Z型接地变，其中性点经小电阻接地。该接地变压器联接组别为：Zn11，即接地变压器10 kV侧绕组曲折联接为11点钟后在中性点经小电阻（10 Ω）接地，取得10 kV系统的人为中性点。

图1主变跳闸时一次系统示

2保护初步检查

保护配置情况。主变配置瓦斯保护、差动保护（该次案例中动作的保护）、高后备、低后备。10 kV线路配置相间电流Ⅰ、Ⅱ段保护（本次案例中动作的保护），零序电流Ⅰ、Ⅱ保护（本次案例中动作的保护），重合闸后加速保护。主变容量为40 MV·A，差动保护定值整定为主变高压侧额定电流的0.8倍，折算到主变低压侧的电流为1 760 A。10 kV线路保护零序电流速断定值整定为240 A、延时0.6 s，相间速断电流整定为900 A、延时0.5 s。现场进行以下检查和分析。

（1）观察10 kV线路故障的录波图。10 kV127线路保护的故障波形如图2所示，保护的动作行为符合整定值、重合闸的时间和保护后加速的要求。

图2 10 kV127线路保护故障波形

（2）主变保护现场检查。检查主变差动保护10 kV侧开关CT极性正确、伏-安特性满足要求；变比为3 000/5，故障时CT没有饱和；差动保护与后备保护采样试验、差动保护平衡试验、差动保护定值校验正确等。

3故障原因综合分析

3.1主变差动保护10 kV侧故障电流和电压波形分析

观察主变差动保护10 kV侧断路器故障电流、电压波形如图3所示，该次故障可分为4个过程。

图3主变差动保护10 kV侧断路器故障电流和电压波形

（1）10kV线路重合于故障前，母线三相电压正常。

（2） 0～630 ms，10 kV线路重合于故障后，B相电压跌落、A与C相电压升高，B相故障电流持续存在。10 kV线路保护经600 ms延时，动作切除本线路的B相故障接地点。

（3） 630～670 ms，A 相电压跌落，B 相电压上升至故障前的正常值，B相故障电流突然增大。在小电阻接地系统中，单相接地故障电流钳制在600 A左右（视小电阻的阻值而定），B相故障电流突然增大则说明电网中发生相间故障才会产生大于600 A的故障电流。A相电压跌落证明A相发生了接地故障，构成AB相间故障。结合10 kV线路保护的动作波形看，10 kV线路A相没有故障电流、B相有故障电流，说明发生了异地的两相接地故障，而且只有“零序速断保护动作”，在670 ms时跳开B相接地的127线路断路器。在这期间主变差动保护由于B相故障点在差动保护区外，B相故障电流属于制动电流，主变差动保护闭锁未出口。

（4）670～710 ms，B相故障电流消失。B相电压上升至C相电压值且持续40 ms，说明主变低压侧开关处在合闸状态。710 ms后，10 kV母线三相电压消失，说明主变差动保护动作跳开主变两侧开关。在此期间，主变差动保护由于区外B相故障点切除，制动电流消失，A相故障电流属于差动电流，差动保护开放出口跳闸。保护动作报文看：10 kV线路的断路器切除B相故障瞬间，主变差动保护动作。

3.2主变差动保护电流波形分析

为了更好地佐证上述故障的推理过程，利用图4的主变差动保护故障电流波形进行分析。分2个时段解释故障波形。

图4主变差动保护故障电流波形

（1）0～40 ms阶段，主变差动保护高压侧B相电流是A、C两相幅值的两倍且相位相反。针对联接组别为Y/△-11的变压器，这是故障发生在主变△侧的AB相间故障的特征波形。但10 kV侧只有B相的故障电流，没有A相的故障电流。，说明B相故障点在主变差动保护范围之外，A相接地故障点在其内。

（2）40～80 ms阶段，主变差动保护高压侧A、B两相电流幅值相等且相位相反。针对接线组别为Y/△-11的变压器、在10 kV侧有人为中性点经小电阻接地情况下，利用图5可以清晰解释这40 ms的电流波形。正是这40 ms的电流导致差动保护动作跳开主变两侧开关。

综上所述，在10 kV 127线路发生B相永久性接地故障时，非故障相电压升高导致接地变A相绝缘击穿，构成了相间短路故障。Z型接地变在主变差动保护的范围内，现场检查接地变A相桩头确实有对地放电痕迹。

图5 10 kV侧A相接地时高压侧电流流向

4结束语

随着小电阻接地方式在10 kV系统中广泛使用，10 kV线路故障时线路保护必需确保快速动作隔离故障点。如文中所述的由于10 kV线路发生接地故障，非故障相电压升高使接地变桩头绝缘击穿产生了第二接地点，进而形成相间故障的几率虽然比较小，但线路保护动作切除第一接地点后，差动保护区内的接地故障电流引发差动保护动作的案例却仍属正常。但如果不利用故障电流电压的波形进行仔细分析，很难确定故障点，也不易发现故障点的实际位置，甚至还会得出主变差动保护误动作的结论，直接影响继电保护的维护和管理的效果。

[1]鲍有理，严 芬.几起主变保护动作原因分析[J].江苏电机工程，2012，31（4）：9-11.