一起110千伏主变跳闸的故障分析

方敏

【摘 要】110千伏线路发生单相接地，引起主变间隙保护动作的情况比较复杂，有的是因为电源端接地距离II段（或零序II段）时限较长或者是由于主变中、低压侧小电源引起，本案则分析了110千伏线路单相接地故障，异步电动机群失电暂态过程引起110千伏主变跳闸的情况，并提出了解决方案。

【关键词】主变跳闸；故障分析；能源分析

一、主变跳闸过程情况

2012年11月12日10时06分57秒766毫秒， 110千伏侧环×线线路保护启动，27ms后接地距离I段动作，跳开735开关，故障电流 IC=35.15A（环×线线路CT变比600/5），3170ms后，重合闸动作；3298ms后重合于故障，距离加速动作跳闸，故障测距12.4公里（线路全长18.4公里），后查明故障点63#～64#杆间修路，有超高货车通过，对线路放电。

二、运行方式和保护配置说明

运行方式：油×变和城×变由735环×线主供，油×变正母线运行，城×变1#变、油×变1#变中性点均不接地运行。故障前，110千伏油×变701、110千伏城×变701分别带有功负荷9.2兆瓦和3.81兆瓦。

保护配置：油×变主变保护为深圳南瑞ISA-388G型装置，2010年6月23日投入运行，投运至今未发生异常和缺陷。1#主变保护配置：II段间隙零序过压保护180伏，0.5s跳主变各侧开关（I段间隙零序过压保护退出）。

环×变重合闸配置为检无压重合闸（检线路无压、母线有压），动作时间为2s。

三、保护动作波形及分析

正常情况下，110千伏环×线发生故障后，线路距离保护动作，27ms后735开关跳开，油×变和城×变供电区域没有小电源，油×变母线没有电压，1#主变间隙过压保护不应动作。但实际上油×变1#主变间隙过压保护动作，说明油×变或城×变低压侧有能量源给油×变母线提供电压支撑。

（一）油×变保护动作分析

油×变主变保护动作波形如下：

图1 油×变主变保护动作波形

图1中，T1时间为环×线线路保护动作时间，有功功率波形可知，在线路保护动作前，油×变1#主变高压侧从系统吸收有功，线路保护动作后，1#主变有功功率反向，向系统送出有功，说明油×变20千伏有能量源送出有功功率。

T2时间应为油×变1#主变保护动作时刻，从波形可以看出，主变保护动作后，油×变送出有功降为零，但油×变母线仍有电压，说明城×变也有能量源提供电压。

（二）城×变波形分析

环×线保护动作后，城×变主变高后备保护零压II段保护多次启动，但是录波文件只有一个，波形如下图所示：

图2 城×变保护启动波形（如下图）

如图2所示，从保护录波开始，AB相电压始终存在，C相电压很小，持续时间至少240ms，录波时间应是C相发生接地故障开始。三相不平衡电压持续240ms，说明环×线735开关跳开后，不平衡电压始终存在，再次证明能量源的存在。

从有功功率曲线可以看出，T1时刻应为环×线线路保护动作时刻，T1时刻之前，城×变从系统吸收有功，环×线735开关跳开后，城×变仍有有功功率受进，说明油×变应有能量源存在。

四、暂态过程能量源分析

根据油×变和城×变录波波形和有功功率分析可知，油×变和城×变低压侧均可能有能量源存在。经过深入排查，油×变和城×变供电区域确实没有小水电、光伏发电或自备电源。但故障前油×变总负荷9.2兆瓦，其中，20千伏221油织（供纺织、印染、化纤）线负荷4.15兆瓦，212油酒（供××化纤）线负荷1.42兆瓦，共计异步电机负荷5.59兆瓦，占该变电总负荷60.8%。故障前城×变电站总负荷3.81兆瓦，其中北街I 9Y1线路水泥企业异步电机负荷2.96兆瓦，占该变电站总负荷78%。

由于油×、城×这两个110千伏变电站总负荷才13.01兆瓦，负荷相对较轻，异步电动负荷占得比重较大，两个变电站供电的异步电动机负荷形成了异步电动机群效应。异步电动机群在110千伏电网主电源跳开后的暂态过程中，由于旋转电机的旋转惯性及储能特性，异步电机群在失电后仍将继续旋转一段时间，这时其端电压（残压）的幅值将不断衰减。又由于油×变供电区域异步电机容量是城×变供电区域异步电机容量的1.89倍，暂态过程中油×变区域异步电机群转速下降较慢对外送出有功功率，并为油×变110千伏零序电压提供支撑，造成油×变110千伏II段间隙零序过压保护（180伏，0.5s）跳开主变各侧开关，具体情况见录波图。油×变主变跳开后，城×变供电区域异步电动机群起主导作用，在其转速继续下降过程中送出较小的有功功率，为110千伏油×变母线电压提供支撑。

五、对策措施

电网故障110千伏线路主电源跳开异步电动机群失压转速下降的暂态过程中，异步电动机群所起的作用相当于“小电源”，这种“小电源”的作用随着异步电动机群的容量不同和110千伏故障点不同也不同，需要进行认真分析。本案中采取的对策措施是在油×变110千伏II段间隙零序过压保护（180伏，0.5s）中，增加一个0.3 s时限段，提前跳开供具有异步电动机群负荷（纺织、印染、化纤）的油织线221开关 和油酒线212开关。在城×变110千伏II段间隙零序过压保护（180伏，0.5s）中，增加一个0.3 s时限段，提前跳开具有异步电动机群负荷的北街I 线9Y1开关。避免110千伏主变间隙保护误动作，110千伏主变受电正常后，由调度指挥监控人员遥控操作开关，对供异步电动机群负荷的线路恢复送电。

六、结束语

主变保护动作跳闸几率较低，一旦动作往往受到高度重视。110千伏线路发生单相接地，引起主变间隙保护动作一定要认真分析，找出原因，采取有效措施，确保设备运行安全。

参考文献：

[1]陈绍君.异步电动机群暂态相位预测模型.《电网技术》2008年12月.