一起35 k V变电站主变差动保护误动作事故分析与处理

郭宜果，魏 鑫

（1.山东电力经济技术研究院，山东 济南 250001；2.枣庄供电公司，山东 枣庄 277102）

0 引言

变压器是变电站中关键的供电元件，其运行状况直接关系着电力系统的安全稳定［1］。根据GB－T 14285－2006《继电保护和安全自动装置技术规程》的要求：“电压在10 kV以上、容量在10 MVA及以上的变压器，采用纵差保护”。纵差保护作为变压器电气量主保护，反映变压器绕组及其引出线的相间短路、中性点直接接地侧接地短路、绕组的匝间短路等故障，对变压器的安全运行具有十分重要的意义［2］。变压器差动保护具有较高的灵敏度和速动性，但是，由于该类型保护为元件保护，必须保证其动作的选择性，绝不应该在区外故障的情况下动作［3］。

2011年9月8日23时12分，某35 kV变电站10 kVⅠ段母线17号出线开关柜发生C相金属性接地故障，本间隔过流保护动作跳闸，重合闸成功。随后2号主变差动保护动作，跳开主变两侧开关，造成全站失压，发生了保护误动作的故障。

1 现场检查

1.1 事故相关运行方式

该站1990年3月9日投运，电压等级为35／10kV，35 kV 2回进线，单母线双刀闸分段接线；主变2台，型号分别为：SZ11－M－16000／35 （1 号主变）、SZ10－20000／35（2号主变）；10 kV 单母线分段，共有出线 7回。35 kV侧为电源端，10 kV侧为负荷端,主变差动保护电流回路采用全星型接线。事故发生时，35 kV君安线53号开关带2号主变、10 kVⅠ、Ⅱ段母线运行，另一条35 kV进线及1号主变处于热备用状态，如图1所示。

图1 2号主变差动保护动作时变电站运行方式

1.2 故障现象及处理

2011年9月8日23:12:17，变电站10 kV安工 I线17号开关过流Ⅰ段保护动作跳闸，重合成功；2011年9月8日23:12:18，安城站 2号主变差动保护动作，52号开关、12号开关跳闸，10 kVⅠ、Ⅱ段母线失电。

故障后，迅速通过远方遥控操作将1号主变投入，恢复供电。抢修人员及时赶到现场迅速组织现场检查和设备抢修处理，运行人员到达现场指导、配合工作。

8日23:16，拉开全部10 kV开关，并投入 1号主变及10 kV I段母线上的出线开关，发现C相电压过高（7.6 kV）。

9日00:00，运行人员赶到变电站检查，发现 17号开关柜内铝排断线，随即将17号开关转为冷备用。

9日00:04，2号主变外观检查未发现异常，转为冷备用。

9日00:16，10 kV母联 10号开关及Ⅱ段母线出线恢复送电，至此，除 17号出线外其余出线全部恢复供电。

9日00:48，完成 17号间隔安措，开始抢修 17号间隔，同步开展17号线路巡视检查。

9日03:13，完成 17号柜抢修，03:15完成线路检查未发现问题，03:23，恢复 17号出线送电。

9日03:34，将2号主变转为检修，开始进行检查试验。

2 保护动作分析

2.1 外部故障分析

在变电站10 kV 17号开关柜内，开关至 173号刀闸之间C相套管下部铝排烧断（图 2），引起弧光短路，过流Ⅰ段保护动作跳闸，重合成功。分闸和重合时间分别为23:12:26:499、23:12:27:542，保护定值为12 A，不完全星型接线。保护动作正确。

图2 外部故障照片

23:12:18:645，2号主变差动保护动作，52号开关、12号开关跳闸，B相差流为41.03A，定值35.7 A，保护动作正确。

根据现场核对，17号保护装置时钟较2号主变保护装置时钟快9 s，以2号主变装置时钟为基准换算后，17号开关分闸、重合时间应为23:12:17:499、23:12:18:542，动作过程应为：17号柜 C相铝排断线引起弧光短路（短路电流近10 kA），开关跳闸、重合，之后2号主变差动动作。

17号开关保护动作原因清晰，为该开关柜铝排弧光短路引起，但2号主变差动动作原因不清晰，属于误动作。为此，在抢修完成后立即将该主变转为检修状态，进行试验检测，检测结果如下：一、二次设备、接线外观检查均未发现异常；设备绝缘测试均合格，12号开关断口两侧绝缘电阻700 MΩ（23℃、湿度70%），52号开关断口两侧绝缘电阻1500 MΩ（23℃、湿度70%），二次绝缘电阻30 MΩ （23℃、湿度70%）；一次设备耐压试验分别于9日凌晨和10日上午复测，均正常；直流电阻测量合格；油色谱分析结论合格；2号主变差动回路CT极性测量，无差错；2号主变全部保护传动试验正常。

针对以上情况，需要专门进行2号主变差动跳闸原因分析。

2.2 主变差动保护动作原理

主变差动保护装置为2001年深圳南瑞ISA387F型产品，装置的差动保护由复比率差动和差动电流速断保护组成，动作特性如图3所示。

图3 主变差动保护动作特性

图4 差动速断保护逻辑

定值d042以上为差动速断动作区，d045和d043以上为比率差动保护动作区。差动电流门槛定值d045用以躲过变压器正常运行时的不平衡电流，复式比率特性 Id／Ir＞d043用以躲过外部故障。 Id＞042 进入差动速断区。保护动作逻辑如图4、图5所示。

图5 比率制动差动保护逻辑

变压器为Y,d11接线，高压侧CT变比400／5，低压侧 CT变比1500／5，均为5P20级别。差动保护各侧CT均按星型接线，同时由软件对各侧CT变比不一致进行调整，各侧CT变比调整系数由装置自动计算。变比调整系数

式中：UH为高压侧额定线电压，UL为低压侧额定线电压，NH为高压侧CT变比，NL为低压侧CT变比。

其动作电流及制动电流：

式中：Idx（x＝a，b，c）为差动电流；Irx（x＝a，b，c）为制动电流；IX（X＝A，B，C）为高压侧 CT 二次电流；Ix（x＝a，b，c）为低压侧CT二次电流；K为CT变比调整系数。

本站差动保护相关定值见表1。

2.3 保护动作报告及录波记录

相电流越限记录。2011年9月8号23:12:18:570，第 2 个事件，Idb＝47.21 A，累计时间：0.14 s。

表1 保护定值整定表

保护事件记录。2011年 9月 8日 23:12:18:645，第 8个事件：pcpu复式比率差动动作，B相，Idb＝41.03＜0 A；2011 年 9 月 8 日 23:12:18:645， 第 7个事件：pcpu 差动电流速断动作，B 相，Idb＝41.03＜0 A；2011年9月8日23:12:18:648，第6个事件:pcpu差动电流速断返回；2011年 9月 8日 23:12:18:702，第5个事件：pcpu复式比率差动返回。

保护录波记录。由于没有ISA通信管理机，故障波形无法从装置导出，只能通过拍摄的方法获得粗略分析,如图 6、图 7、图 8所示。

图6 高压侧电流波形

图7 低压侧电流波形

图8 差动电流波形

2.4 保护动作解析

从电流录波数据分析，根据主变低压侧电流波形，故障发生的现象为：首先低压侧出线B、C相短路，一个周波以后引起A相故障造成三相短路。但是A相短路电流要小于B、C两相。根据差流图片，找装置差动启动和差动启动后第19个点的三相进行粗略分析，记保护启动时保护电流为IX0，第19个点时保护电流为Ix19，记录如表2所示，表中，保护启动时记为IX0，保护启动后记为Ix19，X与故障相别对应。如，保护启动时高压侧A相电流记为IA0。

表2 故障录波数据统计表 A

将表2数据代入式（2），计算差动保护启动时保护装置的差动电流及制动电流如表3所示。表中，保护启动时记为 Idx0、Irx0，保护启动后记为 Idx19、Irx19，X 与故障相别对应，如保护启动时a相差动电流记为Ida0。

表3 故障电流计算结果列表 A

分析差动保护的动作情况：

Idb0／Irb0＝3.71

Idc0／Irc0＝无穷大

Ida19／Ira19＝无穷大

Idb19／Irb19＝1.06

Idc19／Irc19＝0.62

可见，无论是保护启动时还是保护启动后，复比率值均大于定值0.4，在保护动作范围内，2号变压器差动保护装置正常动作，排除装置异常及整定不当的原因。

进一步分析主变高压侧电流波形。在外部故障后高压侧CT二次电流波形畸变严重，其中BC相最为明显，电流值在到达波峰的时候突然变为平顶波，这是典型的CT饱和现象。

从另外一个角度考虑，2号主变高低压侧均采用5P20（5A）级CT，当外部故障时如穿越电流不超过额定电流的20倍，CT二次侧电流不超过100 A，差动保护不应误动作。但本站2号主变差动保护误动作时，高低压侧CT二次侧动作电流均不超过70 A，应是2号主变某一侧CT绕组不满足20倍额定电流的要求，导致CT过早饱和引起保护动作。

3 结语

得到保护动作分析的结论后，召集有关技术人员进行分析。经查，该断路器型号LW8－35，产品各项报告齐全，各CT均有合格证。为进一步核实分析结论，试验班分别于9月11日上午、下午两次对52号开关进行套管CT试验，在伏安特性试验时发现开关（斜柱侧）套管CT出厂标明的保护绕组LH3的伏安特性与出厂报告不符合，而出厂标明的测量绕组LH4的伏安特性与保护绕组伏安特性曲线吻合。为进一步核实，又分别在主变端子箱、开关机构箱和本体CT接线板处进行特性试验校核，结果均一致。

据此确定该断路器套管CT测量绕组和保护绕组接反，发生10 kV出线短路时，故障电流穿越 2号主变，高压侧CT饱和，差动回路出现超过整定值的差流，引起保护误动作跳闸。这与前述故障波形分析结论一致。

为确保该变电站安全运行，决定在调整接头并恢复接线后，将2号主变投入运行，将运行方式调整为10 kV母线I、II段母线分段运行。经再次全面复核无误后，于11日19：44完成操作，2号主变转运行。2号主变接带负荷（4.6 MW）后，带负荷做六角图结果正确，差动回路差流在合格范围内，主变高压侧电流折算后和低压侧出线电流和基本吻合，该变压器差动保护误动作故障得到圆满处理。

［1］张保会，尹项根.电力系统继电保护［M］.北京：中国电力出版社，2005.

［2］国家电力调度中心.电力系统继电保护典型故障分析 ［M］.北京：中国电力出版社，2000.

［3］陈曾田.电力变压器保护［M］.北京：中国电力出版社，1989.