一起電壓互感器二次回路缺陷引起保護裝置誤動事故的分析

魏剛，王小琪

(長治供電分公司，山西 長治 046011)

0 引言

隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展和微機保護裝置的普遍應用，因電壓互感器二次回路的缺陷直接或間接引發(fā)繼電保護及安全自動裝置誤動，造成開關跳閘的事故時有發(fā)生，導致電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運行水平下降，使電力用戶供電可靠性受到影響，甚至影響了整個變電站或電網(wǎng)繼電保護的安全、可靠運行［1］。

近來，繼電保護人員對電壓互感器的二次回路越來越重視，規(guī)定電壓互感器二次回路只允許一點接地。為了降低干擾電壓，接地點宜選在保護控制室內(nèi)，電壓互感器的二次回路及三次回路應在開關站處分別引出并在保護控制室內(nèi)一點接地［2］，一定程度上保證了電壓互感器采樣的正確性。但在實際工作中，電壓互感器二次回路中出現(xiàn)的缺陷有時直接影響了保護裝置的正確動作，而這些缺陷往往隱蔽性很強，不易被發(fā)現(xiàn)。

1 事故經(jīng)過

2011年6月，某220 kV變電站發(fā)生了一起220 kV保護裝置誤動事故，事故前該變電站運行接線圖如圖1所示。

在該事故發(fā)生時，110 kV線路1發(fā)生A相接地故障，110kV線路保護正確動作，跳開故障線路1的斷路器;同時，一條220 kV線路進線1的保護裝置動作，跳開220 kV進線1的斷路器。

2 動作情況分析

事故發(fā)生后，分別調(diào)取220 kV故障錄波器和該220 kV線路保護裝置錄波數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)，在110 kV線路故障的同時，220 kV線路裝置縱聯(lián)方向保護誤動作，導致斷路器跳開該線路。

圖1 運行接線圖

對故障錄波圖數(shù)據(jù)進行分析可知，110 kV線路故障時，220 kV母線電壓以及各個220 kV線路電流都受到影響，并且220 kV線路保護裝置都在故障發(fā)生時有啟動記錄。誤動裝置的啟動記錄與其他裝置啟動記錄一致，而它的零序電壓卻與其他裝置幾乎反向，導致縱聯(lián)方向保護的零序方向元件判斷為正向區(qū)內(nèi)故障。由于對側保護裝置判斷的也是正向故障，所以兩側縱聯(lián)方向保護動作，無延時地跳開了進線1兩側的斷路器。

通過以上分析發(fā)現(xiàn)可知，正是因為保護裝置采集到的零序電壓反向(保護裝置使用的是自產(chǎn)零序電壓)，使得保護裝置將反向的區(qū)外故障判斷為區(qū)內(nèi)的正向故障，從而導致了保護裝置的誤動作。

3 原因調(diào)查及分析

經(jīng)過對220 kV I母電壓互感器極性、變比的測試，排除了電壓互感器損壞的可能性;同時，對保護裝置的采樣和動作特性進行試驗，也排除了保護裝置出錯的可能性，因此，將事故原因定位于二次回路接線方面。

對220 kV I母電壓互感器二次回路進行檢查，各組電壓的接線都正確，保護、測量、計量的N相均由單獨的電纜引至主控室，在主控室一點接地且接地良好［3］。由于保護誤動的原因是零序電壓異常，所以對電壓互感器二次回路的N相接線進行了重點檢查，發(fā)現(xiàn)其二次回路的保護、測量、計量的N相雖然都是分別由不同電纜引至主控室一點接地，但在端子箱處的N相也進行了短接。同時，對二次電纜的走向進行分析，發(fā)現(xiàn)計量的二次電纜與保護、測量的二次電纜相距較遠，形成了一個閉環(huán)狀接線。220 kV I母電壓互感器的二次回路接線情況如圖2所示。

圖2 二次回路接線圖

根據(jù)法拉第電磁感應定律，放在變化磁通量中的導體會產(chǎn)生電動勢，這種現(xiàn)象稱為電磁感應現(xiàn)象，電路中感應電動勢的大小，跟穿過這一電路的磁通變化率成正比。感應電動勢用 ε表示，即 ε=nΔΦ/Δt［4］(式中:n 為感應線圈匝數(shù);ΔΦ/Δt為磁通量的變化率)。

在110 kV線路發(fā)生故障時，變電站中磁場發(fā)生了變化，使得保護用的電壓互感器二次回路的N相中產(chǎn)生了一個感應電動勢ε，由于誤動線路的保護裝置使用的是自產(chǎn)零序電壓3U'0，經(jīng)過疊加，導致計算出的零序電壓失真，方向反向，形成3U'0，使得本來在3U0動作區(qū)外的3I0進入了3U'0的動作區(qū)，導致了保護裝置的誤動。其零序電壓向量圖如圖3所示。

根據(jù)以上推斷，將保護與計量N相在端子箱的短接線斷開，解開了N相的閉環(huán)狀接線，該線路運行至今，沒有再出現(xiàn)過誤動的情況。以上分析可以解釋此次故障的所有特征，證明了分析的正確性。

圖3 零序電壓向量圖

4 結束語

電壓互感器二次回路的缺陷是造成此次事故的根本原因，經(jīng)過對該地區(qū)所轄變電站的調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，這種缺陷具有一定的普遍性，尤其是在運行時間較長的變電站中比較常見。當變電站中的磁場發(fā)生變化時，這種缺陷就會在一定條件下造成保護裝置的誤動作。

為了保證電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運行，應該將所有線路端子箱上的電壓互感器二次回路保護、測量、計量N相的短接線去掉，從而將2條電纜分開，保證這3組回路的N相只在主控室短接后一點接地。這樣，就可有效避免本文中類似故障的發(fā)生。

［1］陳杰云.一起220 kV線路保護誤動事故的分析和處理［J］.南方電網(wǎng)技術，2008(1):67 －74.

［2］國家電網(wǎng)公司.國家電網(wǎng)公司十八項電網(wǎng)重大反事故措施［M］.北京:中國電力出版社，2005.

［3］國家電力調(diào)度中心.電力系統(tǒng)繼電保護實用技術問答［M］.北京:中國電力出版社，1997.

［4］DL/T 5136—2001，火力發(fā)電廠、變電所二次接線設計技術規(guī)程［S］.