一起区外故障引起220 kV主变压器差动保护动作的分析

王会增，王 乐，齐肖彬

（国网河北省电力有限公司超高压分公司，河北 石家庄 050071）

0 引言

继电保护是电力网三道防线的重要一环，主变压器（以下简称“主变”）差动保护是电力变压器可靠运行的保证，在电力网中具有举足轻重的作用。快速正确分析主变保护故障性质是快速处理问题的关键所在[1]，是一次设备能否投入运行的决定性因素，是确保电力设备安全稳定运行的基础。2021-09-17T05：24：33，某市220 kV新能源升压站220 kV线路发生短路故障，线路保护装置正确动作切除故障，同时主变保护差动动作，跳开主变两侧，造成主变压器停止运行、新能源发电量无法满额输出的严重后果。本文通过对这起区外故障引起220 kV主变压器差动保护动作的分析，提出了相应的保障措施。

1 现场检查

1.1 变电站事故发生前的运行方式

该站现有220 kV变压器2台，Y/△绕组类型。220 kV在运线路2条，1条与主网变电站连接，另1条与另一新能源升压站连接，故障线路为与主网连接的线路。220 kV母线和35 kV母线全部采用单母线接线，正常运行时主变高压侧中性点接地，差动保护电流互感器CT（current transformer）二次部分采用全星形接线（如图1所示）。

图1 某220 kV变电站差动保护动作时的运行方式

1.2 运行值班人员现场记录

2021-09-17T05：24：33，变电站事故音响警报响起，1号主变两侧211、311及线路241开关位置信号指示绿灯闪动，监控后台报“220 kV某线PCS型差动保护动作”“220 kV某线CSC型差动保护动作”“1号主变PCS型差动保护动作”。现场检查，1号主变保护1屏“保护动作”告警灯亮，1号主变保护2屏无保护动作及相关告警信息。后来报告220 kV 241间隔某出线发生单相短路故障。

1.3 主变保护装置动作报告

2021-09-17T05：24：33：65主变保护装置动作报告的情况如下：0.000 0 ms保护启动；0.000 8 ms纵差保护；动作相别B；跳高压侧，跳低压1分支；纵差最大电流2.136Ie；高压侧自产零序电压47.256 V；高压侧开口三角零序电压80.992 V；高压侧最大电流0.667 A；高压侧间隙最大电流0.001 A；低压1分支最大电流0.045 A。

1.4 故障录波记录情况

本站设有录波装置1台，录波器正确记录故障时各开关量、模拟量，通过对录波器检查，发现线路单相故障后重合成功，单相故障发生的同时，主变保护A保护动作，高压侧操作箱保护跳闸。由于本段为新能源电源端，上级为主网架厂站，下级为另一新能源厂站，所以线路模拟量录波为三相零序波形，从模拟量中看不出故障性质。调取主网架厂站录波文件，从其模拟量波形可清晰判断出为单相瞬时故障。

1.5 保护检查

a）设备运行时差动保护实时运行参数检查。设备运行时差动保护实时运行参数检查情况如下：变压器频率49.96 Hz；变压器A相差动电流0.002 A；变压器B相差动电流0.003 A；变压器C相差动电流0.005 A；高压侧A相电流0.028 A；高压侧B相电流0.026 A；高压侧C相电流0.025 A；低压侧A相电流0.063 A；低压侧B相电流0.061 A；低压侧C相电流0.062 A；保护实时参数正常。

b）保护定值检查。保护定值检查的情况如下：保护装置型号为PCS-978T2-G；纵差保护启动电流定值0.5Ie；差动速断电流定值6Ie；比率制动系数为0.5[2]；CT断线闭锁差动保护1。

c）对主变比率差动特性进行检查，保护特性正常，并且能够正确跳开高低压侧开关。

d）对相关回路进行绝缘测试，绝缘正常；对相关回路进行直阻测试，直阻正常。

2 保护动作分析

2.1 保护动作说明

220 kV侧发生主变区外B相接地故障时，主变区外B相接地初期，高压侧三相电流畸变，出现差流，23 ms后三相电流恢复正常，主变保护差流消失。跳闸时三相差流分别为0.17Ie，2.74Ie和2.67Ie，差流制动门槛为0.57Ie，0.94Ie和0.64Ie，B相和C相差流满足方程，因此纵差保护动作跳闸。

2.2 异常电流分析

高压侧CT变比为1 200/1，高压侧外接零序CT变比为300/1，以1 200/1为基准，计算高压侧自产零序电流和外接零序电流（二次值）。计算情况显示，故障初期，自产零序电流为0，而外接零序电流为1.96 A，符合高压侧CT二次回路N相断线特征。23 ms后三相电流恢复正常，自产零序电流和外接零序电流分别为2.58 A和2.65 A，两者基本相等。

根据异常现象判断：故障前就发生了高压侧CT二次N相断线，当高压侧发生区外A相接地后，由于N相断线，无零序电流通路，因此故障初期自产零序电流为0。而后由于某种原因，导致N相二次回路连通，二次恢复正常后，自产和外接的零序电流一致，差流为0。

2.3 故障录波器录播文件分析

故障录波器详细记录了故障过程中2套线路保护和主变保护A的动作过程，开关量通道事件序列如表1所示。通过分析故障录波文件发现220 kV线路发生了单相瞬时性故障，保护正确动作并重合成功。主变保护A在故障发生时几乎和线路保护同时动作，动作持续时间短于线路保护，并且主变保护B未动作。由于录波器模拟量与线路保护不同源，不具分析价值，不再分析。

表1 故障录波开关量通道事件序列单位：ms

2.4 保护动作原因分析

经对保护录波文件分析，初步判定为N线断相导致。导致N线断相原因有2种：一是装置ADC采样插件（NR1401T）出现问题，二是二次回路出现问题。

经检查二次回路绝缘正常，通断也正常。为进一步确定N线断相原因，在1号主变高压侧汇控柜处，使用继电保护测试仪对保护装置A添加0.2 A三相对称的保护电流，同时对装置采样情况进行视频录制，在40 min 34 s的试验中，电流共出现2次消失。试验结果如表2所示。

表2 第一次试验结果

更换ADC采样插件（NR1401T）后进行第二次加量试验，在1 823 s的试验时长中，又出现一次电流消失的情况，本次电流消失约3 s后恢复。由此可判断出非ADC采样插件损坏导致。

再次摇测二次回路绝缘正常，通断也正常，拆除电流线检查发现主变保护屏电流1 I1D端子排N4011线端导体绝缘皮有轻微程度的被挤压痕迹，存在虚接情况，能够导致上述异常现象，重新接线后进行第三次试验1.5 h，未再出现电流消失现象。由此可确认，事故原因是电流回路N线虚接导致。

3 暴露的问题及防范措施

3.1 二次回路施工工艺不佳

本次事故暴露出基建施工队伍技术水平低，责任心不强，精细化管理水平不足。施工队伍应强化培训，提高施工工艺水平。制定规范的施工工艺、工作流程、质量控制体系[3]，对二次回路隐蔽工程，应从源头加强监管。

3.2 二次设备监控信息不全

主变保护在负荷较低时，N相断线后保护装置及站内自动化监控系统无法准确判断电流的减少是负荷降低还是二次回路故障。应提升自动智能巡检水平，完善相应技术措施[4-5]，在此之前应加强人员巡检力度，时刻关注保护装置采样信息。

3.3 日常运维巡视流于形式

变电站运维人员应对设备运行状态负全部责任，在日常巡检中不能只看装置外观及指示灯，还应对保护装置重要的信息进行巡查。变电站应完善运行规程，增加巡视项目，对采样信息应重点关注。

4 结束语

本文通过对保护录波文件、故障录波器录波文件进行分析，并反复检查电流二次回路，得出了主变PCS-978T2-G型保护动作行为符合设计原理，保护正确动作的结论，并查明事故原因是由于高压侧电流异常导致纵差保护动作。电流1 I1D端子排的N4011线端导体绝缘皮有轻微程度的被挤压痕迹，造成N相接触不良，间歇性中断，导致故障瞬间自产零序电流消失，造成差动误动作。本文对事故暴露出的问题进行了分析并提出了防范措施。