孫海東，劉 斌，姜 華，王 哲，邢 鋼

（內(nèi)蒙古電力（集團(tuán)）有限責(zé)任公司烏蘭察布供電分公司，內(nèi)蒙古 烏蘭察布 012000）

0 引言

變壓器作為電力系統(tǒng)中至關(guān)重要的一次設(shè)備，主要用于電壓、電流變換，其保護(hù)裝置能否正確動(dòng)作是確保變壓器安全隔離故障的關(guān)鍵[1-3]。差動(dòng)保護(hù)作為變壓器的主保護(hù)，具有極高的靈敏度，在二次回路接線正確的情況下，發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時(shí)能夠有選擇地快速切除故障點(diǎn)，發(fā)生區(qū)外故障時(shí)可靠不動(dòng)作。當(dāng)二次回路出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，就可能造成差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的嚴(yán)重后果[4]。本文針對(duì)一起10 kV 出線短路故障，斷路器拒動(dòng)導(dǎo)致故障越級(jí)至主變壓器低壓側(cè)，低壓側(cè)二次電流回路誤接線引起主變壓器差動(dòng)保護(hù)越級(jí)跳閘的事故進(jìn)行分析，并據(jù)此提出相應(yīng)的防范和改進(jìn)措施。

1 事故概況

1.1 事故前運(yùn)行方式

某110 kV 變電站共有2 臺(tái)主變壓器，接線方式為YN/Y/△，110 kV、35 kV、10 kV 均采用單母線分段接線方式，電氣主接線如圖1所示。事故前1號(hào)、2 號(hào)主變壓器處于分列運(yùn)行狀態(tài)，113 分段、313 分段、910 分段斷路器均在分位，151 進(jìn)線Ⅰ、153 進(jìn)線Ⅱ作為進(jìn)線電源分別接在Ⅰ母和Ⅲ母上，10 kV 側(cè)Ⅰ母接有多條用戶間隔，Ⅱ母無(wú)用戶間隔。

圖1 110 kV變電站電氣主接線圖Fig.1 110 kV substation electrical main wiring diagram

1.2 事故經(jīng)過(guò)

某日03：35.30.411，10 kVⅠ母912 出線2 間隔過(guò)流Ⅰ段保護(hù)動(dòng)作，912開(kāi)關(guān)無(wú)變位；03：35.30.412，1號(hào)主變壓器突變量保護(hù)啟動(dòng)，03：35.30.432，1號(hào)主變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，跳開(kāi)三側(cè)開(kāi)關(guān)；03：35.30.471，912 出線2 間隔過(guò)流Ⅰ段保護(hù)動(dòng)作恢復(fù)，故障點(diǎn)被切除。

2 事故原因分析

2.1 事故調(diào)查

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)取保護(hù)裝置動(dòng)作報(bào)文，912出線2間隔保護(hù)裝置報(bào)文顯示L1、L2 相發(fā)生相間短路故障，短路電流IL1=34.18 A，IL2=34.82 A，IL3=0.11 A，過(guò)流Ⅰ段保護(hù)動(dòng)作，無(wú)開(kāi)關(guān)變位信息；檢查高壓室發(fā)現(xiàn)912開(kāi)關(guān)在合位，且后臺(tái)遙控912斷路器跳閘失敗，經(jīng)開(kāi)關(guān)柜就地強(qiáng)制操作分閘。1號(hào)主變壓器差動(dòng)保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)電流采樣數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 1號(hào)主變壓器差動(dòng)保護(hù)裝置動(dòng)作電流采樣值Tab.1 No.1 transformer differential protection device operating current sampling A

隨后調(diào)取1 號(hào)主變壓器和912 出線2 的相關(guān)保護(hù)定值，見(jiàn)表2。

表2 1號(hào)主變壓器、912出線2相關(guān)保護(hù)定值Tab.2 No.1 transformer and 912 outlet 2 related settings

對(duì)912 出線2 開(kāi)關(guān)柜進(jìn)行檢查，在保護(hù)裝置過(guò)流Ⅰ段正確動(dòng)作的情況下，912開(kāi)關(guān)未跳閘；檢查控制回路發(fā)現(xiàn)無(wú)斷線、接地等異常情況；檢查操作機(jī)構(gòu)發(fā)現(xiàn)分閘摯子因年久老化導(dǎo)致位置卡澀，電銜鐵無(wú)法正常觸及跳閘，經(jīng)強(qiáng)制分閘后位置恢復(fù)正常。隨后多次對(duì)模擬故障試驗(yàn)，912 保護(hù)裝置均能正常動(dòng)作，傳動(dòng)出口跳閘無(wú)誤。

對(duì)比912 出線2 和1 號(hào)主變壓器保護(hù)裝置動(dòng)作報(bào)文發(fā)現(xiàn)兩者顯示的故障相不一致，根據(jù)1 號(hào)主變壓器低壓側(cè)顯示的三相電流值判斷故障相應(yīng)為L(zhǎng)2、L3相，而912出線2顯示故障相為L(zhǎng)1、L2相，初步判斷兩者中有相序接反情況。檢查912 TA 二次回路接線無(wú)誤。檢查1號(hào)主變壓器低壓側(cè)901 TA二次回路，發(fā)現(xiàn)L1、L3 相相序接反，且差動(dòng)保護(hù)回路的TA準(zhǔn)確級(jí)未按規(guī)定接到10P25 保護(hù)級(jí)繞組，而是接到0.5測(cè)量級(jí)繞組上，現(xiàn)場(chǎng)接線如圖2所示。

圖2 1號(hào)主變壓器低壓側(cè)TA二次回路接線Fig.2 No.1 transformer low?voltage side current transformer secondary circuit wiring

2.2 原因分析

2.2.1 初步判斷

相間短路故障發(fā)生在912出線2，對(duì)于1號(hào)主變壓器差動(dòng)保護(hù)而言屬區(qū)外故障，正常情況下穿越性故障電流差流很小，差動(dòng)保護(hù)不會(huì)動(dòng)作。由于912斷路器操作機(jī)構(gòu)卡澀無(wú)法瞬時(shí)切除故障，因此越級(jí)至1號(hào)主變壓器低壓側(cè)后備保護(hù)延時(shí)動(dòng)作跳開(kāi)低壓側(cè)901斷路器進(jìn)而切除故障點(diǎn)。從現(xiàn)場(chǎng)勘察情況初步判斷，造成1 號(hào)主變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的原因可能為主變壓器低壓側(cè)TA準(zhǔn)確級(jí)接錯(cuò)或二次電流回路相序接反。

針對(duì)因主變壓器低壓側(cè)901 TA 準(zhǔn)確級(jí)接至測(cè)量級(jí)可能造成短路故障，TA由于鐵心飽和限制低壓側(cè)二次電流，致使主變壓器產(chǎn)生差流，差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作的情況進(jìn)行分析。故障線路912出線2 TA變比為300/5，故障時(shí)保護(hù)裝置顯示二次短路最大電流為34.82 A，變換成一次電流為2 089.2 A，1號(hào)主變壓器低壓側(cè)TA變比為5000/5，變換成低壓側(cè)二次電流則為2.09 A，該值小于1 號(hào)主變壓器差動(dòng)保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)顯示的低壓側(cè)二次電流2.194 A；因而可以判定故障時(shí)主變壓器低壓側(cè)TA并未達(dá)到飽和，準(zhǔn)確級(jí)接錯(cuò)不是造成本次主變壓器越級(jí)跳閘的直接原因。

2.2.2 分析計(jì)算

2.2.2.1 變壓器正常運(yùn)行

以事故現(xiàn)場(chǎng)型號(hào)為DF3330E 三圈變壓器差動(dòng)保護(hù)裝置為例，當(dāng)變壓器正常運(yùn)行時(shí)，高低壓側(cè)各相電流向量如圖3所示。

圖3 正常運(yùn)行時(shí)高低壓側(cè)各相電流向量圖Fig.3 The current vector diagram of each phase on the high and low voltage sides during normal operation

差動(dòng)保護(hù)裝置中計(jì)算各相差流為：

式中：Ida、Idb、Idc—L1、L2、L3 相折算到高壓側(cè)的差流；

kL—低壓側(cè)平衡系數(shù)。

2.2.2.2 L1、L3相相序接反

（1）當(dāng)主變壓器低壓側(cè)TA 二次回路L1、L3 相相序接反時(shí)，高低壓側(cè)各相電流向量如圖4所示。

圖4 L1、L3相相序接反時(shí)高低壓側(cè)各相電流向量圖Fig.4 The current vector diagram of each phase on the high and low voltage sides when L1 and L3 phase are reversed

此時(shí)差動(dòng)保護(hù)裝置中計(jì)算各相差流為：

可見(jiàn)，二次電流回路相序正確時(shí)，差動(dòng)保護(hù)裝置計(jì)算各相差流均為0，差動(dòng)保護(hù)不動(dòng)作。而當(dāng)?shù)蛪簜?cè)二次電流L1、L3 相相序接反時(shí)，差動(dòng)保護(hù)裝置計(jì)算L1、L3 相的差流大小將從0 上升至，當(dāng)變壓器負(fù)荷較大時(shí)，差流超過(guò)差動(dòng)保護(hù)定值，差動(dòng)保護(hù)就會(huì)動(dòng)作。

（2）912 出線2 間隔發(fā)生L1、L2 相相間短路故障時(shí)，變壓器高低壓側(cè)電流變化如圖5所示。

圖5 變壓器低壓側(cè)L1、L2相相間短路Fig.5 Phase?to?phase short circuit of L1L2 on low?voltage side of the transformer

由故障情況可知：Ia=-Ib，Ic=0，。

圖6 L1、L2相相間短路，L1、L3相相序接反時(shí)高低壓側(cè)各相電流方向Fig.6 The current vector diagram of high and low voltage sides of phase?to?phase short circuit of L1L2 while L1 and L3 phases are reversed

根據(jù)差動(dòng)保護(hù)裝置差流計(jì)算公式可得出各相實(shí)際差流為：

由理論計(jì)算結(jié)果可以看出，L1、L3 兩相的差流大小相等，L2相差流為0，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)采集的低壓側(cè)電流數(shù)據(jù)能夠計(jì)算出L1、L3 兩相差流值均為0.83×2.194 A=1.82 A，與現(xiàn)場(chǎng)變壓器差動(dòng)保護(hù)裝置采集的差流數(shù)據(jù)基本吻合。

2.2.2.3 結(jié)論

綜上所述，可以判定本次變壓器差動(dòng)保護(hù)越級(jí)跳閘的直接原因是912 出線2 發(fā)生相間短路故障，斷路器跳閘失敗，短路故障擴(kuò)大到1號(hào)主變壓器，主變壓器低壓側(cè)二次電流回路L1、L3 相相序接反，造成變壓器差動(dòng)保護(hù)裝置內(nèi)計(jì)算差流超過(guò)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作值，差動(dòng)保護(hù)瞬時(shí)動(dòng)作進(jìn)而引發(fā)變壓器跳閘事故。

3 防范措施建議

理清事故原因后，更正1號(hào)主變壓器低壓側(cè)TA二次回路相序和準(zhǔn)確級(jí)接線，經(jīng)帶負(fù)荷送電測(cè)試后，設(shè)備運(yùn)行正常，三相電流相位無(wú)誤，變壓器差動(dòng)保護(hù)裝置差流恢復(fù)正常。針對(duì)本次事故暴露出的問(wèn)題，提出以下四點(diǎn)建議。

（1）重視設(shè)備年久老化問(wèn)題。對(duì)于運(yùn)行年限較長(zhǎng)的斷路器、隔離開(kāi)關(guān)等設(shè)備，為防止發(fā)生故障時(shí)設(shè)備拒動(dòng)，擴(kuò)大事故范圍，應(yīng)經(jīng)常性地檢查設(shè)備分合閘等操作是否正常，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部存在的缺陷，以便盡早安排檢修或更換。

（2）加強(qiáng)TA 及其二次回路的驗(yàn)收工作。在基建工程驗(yàn)收階段，調(diào)試人員應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)二次回路的驗(yàn)收排查，特別是涉及差動(dòng)保護(hù)的TA二次回路，應(yīng)對(duì)設(shè)備銘牌、接線、準(zhǔn)確等級(jí)以及極性進(jìn)行確認(rèn)[7-8]熟練使用380 V交流法從變壓器一次升流來(lái)驗(yàn)證主變壓器差動(dòng)保護(hù)電流回路接線的正確性，這是確保電流回路正確行之有效的方法。

（3）重視差動(dòng)保護(hù)投運(yùn)后帶負(fù)荷檢查。在變壓器帶負(fù)荷送電后，給定變壓器參考電壓，確定潮流方向，判斷有功和無(wú)功功率的方向，熟練使用相位表測(cè)量各側(cè)電流的幅值和角度，通過(guò)繪制六角圖觀察相對(duì)電流角度的相位差，能夠再次確認(rèn)電流回路接線的正確性[9-11]。

（4）加強(qiáng)日常設(shè)備巡視。在投產(chǎn)運(yùn)行階段，運(yùn)行人員應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)二次設(shè)備的日常巡視，檢查保護(hù)裝置采集電流、電壓等數(shù)據(jù)是否正常，發(fā)現(xiàn)不正常運(yùn)行狀態(tài)及時(shí)記錄上報(bào)，從而避免事故的發(fā)生。

4 結(jié)束語(yǔ)

繼電保護(hù)作為電網(wǎng)運(yùn)行的一道重要防線，對(duì)于電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用，任何保護(hù)裝置的誤動(dòng)、拒動(dòng)都將對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定造成很大影響。本文通過(guò)對(duì)一起110 kV 變壓器差動(dòng)保護(hù)越級(jí)跳閘事故，分析了由于10 kV 出線短路故障斷路器跳閘失敗造成變壓器差動(dòng)保護(hù)越級(jí)跳閘的事故經(jīng)過(guò)，并對(duì)區(qū)外相間短路故障造成變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的兩種原因進(jìn)行向量計(jì)算分析，最終確定了引發(fā)事故的直接原因?yàn)樽儔浩鞑顒?dòng)保護(hù)TA二次回路誤接線，對(duì)此提出防范措施，為今后變電站TA二次回路的正確接線和校正，快速查找類似跳閘事故原因，縮短故障停電時(shí)間提供了經(jīng)驗(yàn)借鑒。