一次10千伏线路故障导致主变保护动作行为分析

徐建友，鲍晓菲，齐　慧

(国网淮北供电公司， 安徽　淮北　235000)



一次10千伏线路故障导致主变保护动作行为分析

徐建友，鲍晓菲，齐慧

(国网淮北供电公司， 安徽淮北235000)

摘要：文章介绍了故障过程，结合现场保护装置的定值和保护装置的故障录波报文，对故障进行了深度剖析，找出了故障的原因，针对发生的原因提出了整改的措施，为避免类似情况的发生提供了借鉴。

关键词：主变后备保护；过流保护；相间短路；单相接地

0引言

线路故障导致线路本保护装置动作应该是正确的，但如果进一步引起主变后备保护动作就要引起重视。主变后备保护动作将使故障扩大进而造成大面积停电，对用户影响很大，尤其高危客户。因此对此类继电保护动作行为进行分析，找出其中的主变保护动作原因尤为重要。

1事故过程介绍

某110kV变电站10kV为单母分段，10kV母线及分段100开关运行、#1主变运行，#2主变热备用，线路131、132间隔分别接入10kVI段、II段母线运行。线路131、132为两条同杆双回路。2015年5月8日5:55:20，某变电站同杆双回线路131、132保护先后过流1段保护动作，132开关和131开关先后跳闸，#1主变低压侧101B套低压侧后备保护过流1段动作，#1主变低压侧101开关跳闸，10kV母线失电。

现场检查线路保护及#1主变保护运行的主要定值如下所示：

保护装置保护元件定值时限131线路过流1段13.88A0.10s过流2段7.13A0.15s重合闸1s132线路过流1段13.88A0.10s过流2段8.37A0.15s重合闸1s101B主变低压侧后备第4侧过流1段1时限6.61A0.30s

现场检查线路保护及#1主变保护动作报告如下所示：

保护装置动作绝对时间动作元件动作相对时间动作时短路电流(二次)131线路05:55:20.482过流1段208msAB,Ia=36.60,Ib=36.4905:55:20.532过流2段259msAB,Ia=30.96,Ib=30.8805:55:21.555重合闸1288ms05:55:40.243过流2段154msCN,Ic=11.08132线路05:55:20.288过流1段100msAB,Ia=44.28,Ib=28.2705:55:20.342过流2段154msAB,Ia=43.96,Ib=27.3305:55:21.375重合闸1189ms05:55:40.306过流2段157msCN,Ic=11.16101B主变低压侧后备05:55:20.5124侧过流1段1时限297msAB,Ia=11.50,Ib=10.74

现场检查线路保护及#1主变保护启动及动作时的录波文件如下所示：

保护装置录波文件名(波形起始时刻)记录内容131线路SL1012_RCD_098_20150508_055520_216过流1、2段首次启动SL1012_RCD_099_20150508_055520_474过流1、2段动作SL1012_RCD_100_20150508_055521_402重合闸SL1012_RCD_101_20150508_055540_031过流2段启动和动作(重合闸19秒后)132线路SL1013_RCD_062_20150508_055520_130过流1、2段启动和动作,开关跳开SL1013_RCD_063_20150508_055521_221重合闸SL1013_RCD_064_20150508_055540_093过流2段启动和动作(重合闸19秒后)101B主变ST1101B_RCD_061_20150508_055520_1574侧过流1段1时限启动ST1101B_RCD_062_20150508_055520_4534侧过流1段1时限动作

2事故分析

2.1故障总体顺序

线路131、132及#1主变的故障和保护动作行为按照时间顺序如下表所示：

No绝对时间发生事件各保护行为125:55:20.194132线路发生AB相间短路,Ia=Ib=44A132线路保护过流1、2段启动101B主变低压侧后备过流1、2段启动35:55:20.248132线路的B相发生接地45:55:20.274132线路的B相接地蔓延到131线路,引起131线路B相接地,131的Ib=15A,132的Ia保持42A,Ib下降到28A(被131的Ib分流)131线路保护过流1、2段启动55:55:20.274～5:55:20.374131线路的B相接地并不稳定持续,为间歇性故障,期间有Ib和I0的短路电流短暂消失131线路保护过流1、2段启动发生返回65:55:20.288132线路过流1段动作(100ms,AB,Ia=44.28,Ib=28.27),跳闸出口,132开关在约56ms后断开并切除本线路故障电流132线路过流1段动作75:55:20.342132线路过流2段动作(154ms,AB,Ia=43.96,Ib=27.33),这是由于过流1段跳闸后,开关56ms后才断开,而过流2段时限比过流1段时限大50ms,所以过流2段也会动作132线路过流2段动作85:55:20.350132线路故障被切除,故障电流消失95:55:20.374132线路故障被切除后,131线路间歇性B相接地故障转换为AB相间短路105:55:20.482131线路过流1段动作(208ms,AB,Ia=36.60,Ib=36.49),208ms是从本线路首次启动时间(05:55:20.274)算起的,保护跳闸出口,此时131线路上的故障电流还未消失,需约57ms后开关才断开,使故障电流消失131线路过流1段动作115:55:20.512101B主变低压侧后备过流1段启动超过其时限定值300ms,保护动作,跳101主变低压侧开关101B主变低压侧后备过流1段动作125:55:20.532131线路过流2段动作(259ms,AB,Ia=30.96,Ib=30.88),这是由于过流1段跳闸后,开关57ms后才断开,而过流2段时限比过流1段时限大50ms,所以过流2段会动作131线路过流2段动作135:55:20.539131线路开关断开,故障电流消失145:55:20.533101B主变低压侧开关断开,故障电流消失

2.2故障分析

故障No1：5:55:20.194发生事件132线路发生AB相间短路，Ia=Ib=44A，132线路保护过流1、2段启动。故障No3：5:55:20.248，132线路的B相发生接地，故障录波如图1所示。

图1

在录波图1中左竖线对应时刻为132线路过流启动时刻，为本波形开始时间5:55:20.130加63.8ms，为5:55:20.194，右竖线对应时刻为132线路B相发生接地时刻，为本波形开始时间5:55:20.130加118ms，为5:55:20.248。(备注：I1.qd，I2.qd，分别表示过流1、2段启动标志。)

故障No4：5:55:20.274时刻132线路的B相接地蔓延到131线路，引起131线路B相接地，131的Ib=15A，132的Ia保持42A，Ib下降到28A(被131的Ib分流)，131线路保护过流1、2段启动。故障No5：5:55:20.274～5:55:20.374时段131线路的B相接地并不稳定持续，为间歇性故障，期间有Ib和I0的短路电流短暂消失，131线路保护过流1、2段启动发生返回，故障录波如图2所示。

图2

在录波图中左竖线对应时刻为131线路过流启动时刻，为本波形开始时间5:55:20.216加58ms，为5:55:20.274，此时Ib=18.8A；左竖线对应时刻和右竖线对应时刻之间为131线路B相间歇性发生接地时段，期间Ib和I0都有消失时刻，过流1、2段启动发生返回，此时段为本波形开始时间5:55:20.216加58ms到165ms，为5:55:20.274～5:55:20.381。(备注：I1.qd，I2.qd，分别表示过流1、2段启动标志。)

图3

故障No6：5:55:20.288时刻132线路过流1段动作(100ms，AB，Ia=44.28，Ib=28.27)，跳闸出口，132开关在约56ms后断开并切除本线路故障电流，132线路过流1段动作。故障No7：5:55:20.342，132线路过流2段动作(154ms，AB，Ia=43.96，Ib=27.33)，这是由于过流1段跳闸后，开关56ms后才断开，而过流2段时限比过流1段时限大50ms，所以过流2段也会动作，132线路过流2段动作。故障波形No8：5:55:20.344时刻132线路故障被切除，故障电流消失，故障录波如图3所示。

在录波图中左竖线对应时刻为132线路保护跳闸时刻，为本波形开始时间5:55:20.130加159ms，为5:55:20.289，右竖线对应时刻为132线路开关跳开时刻，为本波形开始时间5:55:20.130加214ms，为5:55:20.344。(备注：BT为保护跳闸，HW为开关合位。)

故障No9：5:55:20.388时刻132线路故障被切除后，131线路间歇性B相接地故障转换为AB相间短路，故障录波如图4所示。

图4

在录波图中右竖线对应时刻为132线路转为AB相间短路时刻，为本波形开始时间5:55:20.216加172ms，为5:55:20.388，从此时刻开始到此段录波结束，132保护的过流1、2段启动一直保持。而之前由间歇性B相接地引起的过流1、2段启动没有连续保持。(备注：I1.qd，I2.qd，分别表示过流1、2段启动标志。)

图5

故障No10：5:55:20.482时刻131线路过流1段动作(208ms，AB，Ia=36.60，Ib=36.49)，208ms是从本线路首次启动时间(05:55:20.274)算起的，保护跳闸出口，此时131线路上的故障电流还未消失，需约57ms后开关才断开，使故障电流消失，131线路过流1段动作，故障No11：5:55:20.532时刻131线路过流2段动作(259ms，AB，Ia=30.96，Ib=30.88)，这是由于过流1段跳闸后，开关57ms后才断开，而过流2段时限比过流1段时限大50ms，所以过流2段会动作，131线路过流2段动作，故障No12：5:55:20.539时刻131线路开关断开，故障电流消失，故障录波如图5。

在录波图中左竖线对应时刻为131线路保护跳闸时刻，为本波形开始时间5:55:20.474加10ms，为5:55:20.484，右竖线对应时刻为131线路开关跳开时刻，为本波形开始时间5:55:20.474加66ms，为5:55:20.540。(备注：BT为保护跳闸，HW为开关合位，TW为开关跳位。)

故障No13：5:55:20.512时刻101B主变低压侧后备过流1段启动超过其时限定值300ms，保护动作，跳101主变低压侧开关，101B主变低压侧后备过流1段动作，故障No14：5:55:20.593时刻101B主变低压侧开关断开，101电流消失，故障录波如图6。

图6

在录波图中左竖线对应时刻为101B主变低后备保护跳闸时刻，为本波形开始时间5:55:20.453加61ms，为5:55:20.513，这个保护动作报告时间5:55:20.512吻合；右竖线对应时刻为101B主变低压侧开关跳开后电流消失的时刻，为本波形开始时间5:55:20.453加138ms，为5:55:20.593；5:55:20.513后约20ms，故障电流下降到正常负荷电流，这是因为131线路开关被本保护跳开，切除了故障电流，这时101主变低侧上只有其他线路的负荷电流了，而到5:55:20.593，101开关才被跳开，这时101上的电流才完全消失。(备注：GL_IV_1_1为第4侧过流1段1时限启动标志，GL_IV_1_2为第4侧过流1段2时限启动标志，SGZ为保护跳闸出口。)

线路131过流1段时限是0.1s，动作报告为何显示208ms，进一步分析如下：

131线路过流1段动作(208ms，AB，Ia=36.60，Ib=36.49)，208ms是从本线路首次过流启动时间(05:55:20.274)算起的到保护跳闸出口的时间。由于从本线路首次过流启动是由131线路的间歇性B相接地引起，期间有Ib和I0的短路电流短暂消失，过流保护计时在故障电流消失时清0，所以直到后来本线路故障转为持续的AB相间短路后才开始连续计时，所以保护报告的208ms是间歇性B相接地持续时间和AB相间短路到跳闸的时间之和。

线路131和线路132的过流1段时限是0.1s，两个保护过流1段都动作了，而101B主变低后备过流1段时限是0.3s，为何会动作，进一步分析如下：

从图7主变保护录波图SL1012_RCD_098_20150508_055520_157中可看出：5:55:20.157后35ms(即5:55:20.192)，高压侧和低压侧开始有故障电流，5:55:20.157后60ms(即5:55:20.217)主后一体保护的高压侧过流2段，低压侧过流1、2段均启动。

图7　保护录波图SL1012_RCD_098_20150508_055520_157

从图8录波图ST1101B_RCD_062_20150508_055520_453中可看出：5:55:20.453开始，高压侧和低压侧有故障电流；主后一体保护的高压侧过流2段，低压侧过流1、2段均保持启动，当5:55:20.453后60ms(即5:55:20.513)保护动作跳闸；当5:55:20.453后78ms(即5:55:20.531)故障被切除；当5:55:20.453后90ms(即5:55:20.543)高压侧过流2段，低压侧过流1、2段的启动均返回。

图8　录波图ST1101B_RCD_062_20150508_055520_45

结合图7、图8这2张录波图可以看出，故障电流持续时间是从5:55:20.192～5:55:20.531(339ms)，高压侧过流2段，低压侧过流1、2段的启动持续时间是5:55:20.217～5:55:20.543(336ms)，而低压侧过流1段的定值时限是0.3s，所以低压侧过流1段保护会动作。

而主变低压侧有持续故障电流的原因是某变电站同杆双回线路131、132线路先后发生的故障在绝对时间上连接在了一起，132线路和131线路过流1段动作时间100ms，从保护装置发跳闸信号到开关跳开还需要56ms，所以132线路和131线路上的故障电流各持续156ms，合计312ms，这就达到了主变低压侧过流1段的时限300ms。

图9是132线路和131线路的录波图对齐的录波图，以3U0产生时刻(左竖线)对齐。而两图对齐的右竖线左侧有132线路的Ia，Ib故障电流，右侧有131线路的Ia，Ib故障电流，两条线路的故障电流正好连续交替发生，而132线路，131线路的故障电流都会反映成为101B的主变低压侧故障电流。

图9　132和131故障录波图同步对比

3事故处理及反措

针对此次线路故障导致主变跳闸的事故，解决方案有两种：一是提高主变低压侧后备保护延时时间由0.3S延长到0.4S，二是缩短10kV出线保护过流I段延时由0.1S缩短到0S。考虑到10kV出线有分支开关，根据3～110kV电网继电保护装置运行整定规程规定要求，尽可能照顾地区电网和下一级电网的需要[1]，时间要和下一级开关保护配合，因此实际变电站的执行方案采用通过提高主变低压侧后备保护延时时间由0.3S延长到0.4S。

4结束语

通过以上分析可知，此次10kV两条同杆架设双回线131、132相继故障且动作正确，由此导致#1主变低压侧后备保护动作也是正确的。此次10kV线路131、132是同杆架设且故障是相继交替故障，因此主变低压侧的故障延续时间是两条10kV线路故障时间的总和，导致主变保护动作跳闸。经过对现运行的所有变电站类似的主变后备保护定值进行了调整，落实反措后，经过近大半年的运行情况分析没有再出现类似情况发生。

参考文献：

[1] 国家电力调度通讯中心.电力系统继电保护规程汇编[G].第二版.中国电力出版社，2000.

[责任编辑：朱子]

A 10kV Line Fault Causing Main Transformer Protection Action Analysis

XUJian-you,BAOXiao-fei,QIHui

(StateGridHuaibeiPowerSupplyCompany,Huaibei235000,China)

Abstract:This paper describes the fault process. It carries on a deep analysis of the fault and finds out the reason of it combined with the fixed value and the fault recording message of spot protection device. Furthermore, it puts forward the improvement measures for the reason, and provides the references to avoid the similar situation happening again.

Key words:main transformer backup protection; over-current protection; phase short circuit; single-phase ground

中图分类号：TM774

文献标识码：A

文章编号：1672-9706(2016)01- 0033- 08

作者简介：徐建友(1965-)，男，安徽潜山县人，高级工程师，国网安徽省电力公司优秀技能专家，主要从事继电保护及其二次系统维护工作。鲍晓菲(1991-)，女，安徽枞阳县人，助理工程师，主要从事继电保护及其二次系统维护工作。

收稿日期：2015-12-22

齐慧(1982-)，女，吉林乾安县人，工程师，主要从事继电保护及其二次系统维护工作。