一起變壓器差動(dòng)保護(hù)區(qū)外故障動(dòng)作分析

栗磊,梁亞波，赫嘉楠

(國網(wǎng)寧夏電力有限公司電力科學(xué)研究院，寧夏 銀川 750011)

近年來,電流二次回路缺陷導(dǎo)致繼電保護(hù)誤動(dòng)事件時(shí)有發(fā)生,已成為影響繼電保護(hù)可靠性的關(guān)鍵因素。電流二次回路是繼電保護(hù)重要組成部分,涉及電流互感器二次繞組、端子箱、二次電纜、接線端子、保護(hù)裝置內(nèi)部采樣回路等, 具有接線復(fù)雜、環(huán)節(jié)較多、缺陷隱蔽等特點(diǎn),其運(yùn)行狀態(tài)直接關(guān)系到電流測(cè)量的準(zhǔn)確性和保護(hù)動(dòng)作的可靠性[1-3]。微機(jī)保護(hù)自檢功能在裝置內(nèi)部故障判別方面已有成熟做法, 但對(duì)電流二次回路中性線斷線等缺陷識(shí)別尚無有效措施[4-6]。目前主要采取對(duì)二次回路接線的定期檢查、提高人員安全防范意識(shí)等管理手段來消除安全隱患。本文就一起變壓器差動(dòng)保護(hù)區(qū)外誤動(dòng)案例進(jìn)行詳細(xì)分析，并提出對(duì)應(yīng)的防范措施，以提高差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作可靠性。

1 事故經(jīng)過

2020-11-27 T 06:27:29 L1線發(fā)生B相接地故障，線路L1分相差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，接地距離I段動(dòng)作，B相開關(guān)跳閘，由于重合閘功能未投，溝通三跳動(dòng)作跳開三相開關(guān)，同時(shí)1號(hào)變壓器保護(hù)A屏差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，零差保護(hù)動(dòng)作，1號(hào)變壓器三側(cè)開關(guān)跳閘，保護(hù)B屏啟動(dòng)未動(dòng)作。跳閘前全站負(fù)荷21.7萬kW，跳閘后負(fù)荷全部轉(zhuǎn)至2號(hào)變壓器供電，變電站所帶負(fù)荷未損失。

故障前變電站甲330 kV系統(tǒng)一次運(yùn)行方式如圖1所示。

圖1 故障前330 kV變電站甲一次運(yùn)行方式

2 保護(hù)動(dòng)作情況

2.1 線路保護(hù)動(dòng)作報(bào)文(重合閘未投)

表1 線路保護(hù)動(dòng)作報(bào)文

2.2 變壓器保護(hù)動(dòng)作報(bào)文

表2 變壓器保護(hù)動(dòng)作報(bào)文

2.3 保護(hù)動(dòng)作波形分析

從線路保護(hù)動(dòng)作波形分析，如圖2所示，L1線路B相電流增大，電壓跌落，符合線路發(fā)生B相接地故障特征，故障持續(xù)50 ms左右，故障相電流6.4 A，保護(hù)正確動(dòng)作切除故障。

(a)電流波形

與此同時(shí)，甲站1號(hào)變壓器保護(hù)A套差動(dòng)保護(hù)及零序差動(dòng)先后動(dòng)作，跳開了變壓器三側(cè)開關(guān)，B套保護(hù)只有后備保護(hù)啟動(dòng)信號(hào)，對(duì)比變壓器雙套保護(hù)裝置錄波分析，A套保護(hù)3320支路CT A相產(chǎn)生與B相方向相反，幅值相近的電流2.7 A，而變壓器B套保護(hù)3320支路只有故障B相電流2.7 A，1號(hào)變壓器保護(hù)A、B套保護(hù)3321支路CT 均只有B相電流增大，如圖3和圖4所示。

(a)3321支路電流波形

(a)3321支路電流波形

綜合現(xiàn)場(chǎng)及保護(hù)動(dòng)作情況分析，系統(tǒng)內(nèi)L1線路發(fā)生單相接地故障，線路保護(hù)正確動(dòng)作切除故障，對(duì)于1號(hào)變壓器差動(dòng)保護(hù)，應(yīng)屬于區(qū)外故障，保護(hù)采集的故障電流為穿越性電流，不應(yīng)產(chǎn)生差流，變壓器A套差動(dòng)保護(hù)屬于誤動(dòng)作,3320支路電流A相產(chǎn)生的異常電流是導(dǎo)致變壓器A套差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作的直接原因，判斷3320CT支路電流回路存在異常缺陷。

3 事故原因分析

3.1 二次回路梳理檢查

針對(duì)保護(hù)動(dòng)作波形的分析結(jié)論，技術(shù)人員對(duì)3320CT支路電流二次回路進(jìn)行了重點(diǎn)梳理和檢查，最終發(fā)現(xiàn)變壓器A套差動(dòng)保護(hù)用電流繞組中性線在3320CT端子箱處用絕緣膠布包裹，未接入對(duì)應(yīng)的端子排，導(dǎo)致3320CT支路電流回路存在開路缺陷，如圖5所示。經(jīng)查閱繼電保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)工作記錄，確定為某次技改工作，施工單位所作二次安全措施未及時(shí)恢復(fù)，違反了文獻(xiàn)[7]中第6.1.2條關(guān)于二次安全措施執(zhí)行及恢復(fù)相關(guān)規(guī)定。

圖5 變壓器A套保護(hù)電流回路

3.2 A相電流產(chǎn)生原因分析

如圖6所示，在電流互感器二次繞組中性線回路正常情況下，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障相二次電流從電流互感器二次繞組極性端流出，經(jīng)過保護(hù)裝置內(nèi)部CT，從中性線返回電流互感器二次繞組非極性端，非故障相無異常電流通過。

圖6 CT二次繞組聯(lián)系

在電流互感器二次繞組中性線回路開路情況下，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障相二次電流失去中性線返回通道，將產(chǎn)生高電壓施加于非故障相電流互感器二次回路上，需要非故障相互感器鐵芯中產(chǎn)生磁通變化量與之對(duì)應(yīng)，進(jìn)而引起鐵芯飽和，勵(lì)磁阻抗下降，導(dǎo)致故障相電流從非故障相電流返回，因此故障相電流與非故障相電流相位相反，如圖3(b)所示，非故障相A相電流相位與故障相B相完全相反，幅值基本相等,與上述分析結(jié)論基本一致。

3.3 中性線開路特點(diǎn)分析

正常情況下，交流電力系統(tǒng)為三相對(duì)稱運(yùn)行，理想狀態(tài)下，三相負(fù)荷平衡，三相電流幅值相等，相位互差120°并滿足基爾霍夫電流定律，電流互感器中性線無電流通過[8]。系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中，通過儀表實(shí)際測(cè)試，三相電流幅值近似相等、相位基本對(duì)稱，電流互感器中性線有很小的不平衡電流通過[9-10]，但目前保護(hù)裝置的采樣精度還無法識(shí)別中性線是否斷線，在該起事故中，電流互感器繞組中性線持續(xù)開路將近1年，保護(hù)裝置未報(bào)電流異常信號(hào)，所以電流互感器二次繞組中性線開路后，沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理是本次事故的間接原因。

4 防范措施

本文對(duì)該起案例的動(dòng)作過程及原因進(jìn)行了詳細(xì)的分析，針對(duì)電流互感器二次回路中性線斷線或接觸不良缺陷檢測(cè)提出如下防范措施：

(1)嚴(yán)格執(zhí)行《繼電保護(hù)和電網(wǎng)安全自動(dòng)裝置現(xiàn)場(chǎng)工作保安規(guī)定》的相關(guān)要求，開工前所作安全措施在工作結(jié)束前，按二次安全措施票順序逐項(xiàng)進(jìn)行恢復(fù)，履行監(jiān)護(hù)復(fù)核制度，杜絕安全措施遺漏現(xiàn)象，從源頭防范二次回路開路等缺陷。

(2)在三相負(fù)荷平衡，電流互感器中性線無電電流通過時(shí)，可采用在退出相關(guān)保護(hù)功能后，短接某相電流的方法(人為制造不平衡電流通過CT中性線)，檢測(cè)CT中性線接線是否正常。

(3)鑒于變壓器或母線保護(hù)裝置誤動(dòng)后果嚴(yán)重，建議廠家改進(jìn)電流二次回路檢測(cè)判據(jù)或提高裝置內(nèi)部中性線小CT精度，提高保護(hù)自檢功能對(duì)CT中性線回路缺陷的判斷能力，在發(fā)生回路異常時(shí)能及時(shí)進(jìn)行告警或閉鎖保護(hù)，提高保護(hù)動(dòng)作可靠性。