负荷电流下主变后备保护误动分析

王 恒，盛 远，梁 智

(国网江苏省电力有限公司徐州供电分公司，江苏 徐州 221000)

0 引言

变压器的高后备保护作为主变差动保护及瓦斯保护的后备保护,既能够保护变压器应对内部各种故障,又能够保护到中低压侧母线及部分出线。以一起35 kV变电站低压侧出线发生相间故障后主变高后备保护越级误动事故为例,说明继电保护定值整定及运行维护中可能出现的极端特殊情况,并对此提出相应的注意事项及处理方案,希望对类似事故的预防和处理起到一定的借鉴作用。

1 事故经过

1.1 事故前运行方式

故障发生前,变电站接线方式如图1所示。

图1 变电站主接线情况

该站35 kV两条母线并列运行,10 kV两条母线分列运行,各10 kV出线处于正常运行状态。2号主变高压侧未设套管CT,高后备保护采用进线与桥开关和电流的形式。变压器保护为主后备保护一体装置,低后备保护未启用,低压侧线路保护正常运行。

1.2 事故发展及处理

2019-08-10T11：15,2号主变高复压过流保护III段动作,跳开高压侧进线312开关、桥300开关和主变低压侧102开关,故障切除；同时因该站特殊运行方式造成了变电站全站停电。故障过程中高后备保护动作,而差动保护、所有线路保护及电容器保护未动作。

检修人员对事故现场和装置外观进行检查,发现2号主变外观良好,10 kV母线位于室内,未见明显故障；2号主变高后备保护III段动作；而差动保护未动作。10 kV 110和112出线保护启动,但未出口；保护定值及二次回路均未出现问题,绝缘良好。联系厂家调出主变和112线故障录波图,发现110线无故障电流,装置无法调出其录波图。

2 保护动作原因及分析

2.1 保护定值

经检查装置确认,2号主变高后备保护定值为：高压侧复压过流III段定值1.16 A,动作时间0.7 s；112间隔线路保护定值为：III段过流定值5.58 A,动作时间0.5 s。

2.2 变压器d侧相间短路的电气量特征

以YNd11联结组别变压器在d侧ab相短路为例,相间短路如图2所示。

图2 相间短路

YN侧电流与d侧故障电流的关系为：

可知,在d侧发生相间故障时,YN侧滞后相的电流最大,数值上是另两相的2倍,方向与另两相相反；另两相电流大小相等、相位相同。

2.3 主变故障录波图分析

查看主变各侧电流波形可知,高、低压侧三相电流相位基本相反,说明故障发生在主变低压侧区外。分析高、低压侧电流趋势,开始故障电流均不大,740 ms以后故障电流明显增大,可以判断为发展性故障。220 ms前高压侧进线电流A,B,C相分别约为1.1 A,1.439 A,0.83 A,桥开关电流与其相位相反,且为负荷电流。高后备保护采用高压侧进线电流与桥开关的和电流,计算主变高后备保护三相电流分别约为0.78 A,1.12 A,0.51 A,B相电流最大。此时低压侧三相电流中,a, b相电流大小相等,相位相反,由两侧电流幅值及相位关系,初步判断为a,b相经过渡电阻短路。由于高压侧三相电流均小于高后备保护复压III段动作定值1.16 A,保护未进入计时逻辑。

220 ms后,高后备B相电流约为1.24 A,A,C相电流较小,分别为0.732 A和0.63 A,此时B相电流大于定值1.16 A,保护开始计时。约740 ms时,高压侧A, B,C相故障电流增大,此时A,C相电流相位相同,幅值近似相等,B相电流与A,C相电流相位相反,幅值近似为A,C相2倍；低压侧a,b相电流明显增大,且幅值相等,相位相反,C相电流为负荷电流,基本不变。由此可知,此时为AB相间故障典型特征,相间短路的过渡电阻进一步击穿,并在920 ms时高后备保护动作出口。

2.4 线路故障录波图分析

查看112线故障录波图可知,a相电流增大,c相电流基本不变,为负荷电流,由于出线b相没有CT,因此录波图中b相电流为0。760 ms前a相电流处于动作定值边界,之后电流增大到17.5 A,大于线路保护定值5.58 A,但960 ms时高后备保护动作出口,线路保护因动作时间不到0.5 s未能出口动作。

2.5 理论分析

以620 ms时的有效值为例,此时a相电流为5.3 A,未达线路保护动作定值。不考虑负荷电流时,高压侧最大相电流为1.001 A,处于动作的边界。112线路远端经过渡电阻ab相间故障时,10 kV母线电压下降较小,极端情况下可能保持不变,故近似选取正常运行负荷电流为此时两支路电流。支路正常运行时的负荷电流为：110支路163 A,电容器支路65 A。考虑到110线与电容器支路电流相位相差90°,故二者负荷电流为175 A,折算到主变高压侧为0.24 A。此时主变高压侧在考虑负荷电流后,最大相电流刚好满足动作条件。

2.6 综合分析

结合以上分析可知,在112支路发生相间故障后,线路保护拒动,主变高后备保护误动。线路保护在760 ms达到定值,但未达到动作时间,保护只是启动没有动作出口。据此分析,故障很可能发生在112线线路远端或者经用户侧变压器故障。线路保护处于动作边界时,考虑负荷电流后,高后备保护动作,造成本次越级跳闸事故。后接配调通知,在112线线路末端找到了故障点,进一步验证了上述分析。

3 结束语

线路发生故障,本应是线路保护首先动作切除故障,高后备保护作为线路保护的后备,在线路保护未能正确切除故障时动作。本次故障发生在112线路末端并经过渡电阻相间短路,导致故障初期未能达到线路保护动作定值,由于主变高后备保护动作定值偏低,在考虑负荷电流时,高后备保护误动。为解决此类问题,提出了若干措施及建议。

(1) 重新核算线路保护定值。按照继电保护运行整定规范重新核算线路继电保护定值,保证在类似的极端情况下也能够正确动作。

(2) 启用主变低后备保护。发生类似故障时,由主变低后备保护动作,在切除故障的同时,可缩小停电范围。

(3) 改变运行方式。投入311进线,保证有两路电源供电及备自投的正常使用。

(4) 增加故障录波装置。对于一些现有装置无法录波的变电站,应增加故障录波装置,以便为故障分析提供全面可靠的依据。