一起雷擊線路引起主變差動保護誤動的分析

郭 婷 林思思

一起雷擊線路引起主變差動保護誤動的分析

郭 婷 林思思

南安電力公司

農電網某110kV變電站為內橋接線方式兼有送出線路，其送出線路遭受雷擊故障時，使站內主變差動保護動作跳閘，事故后進行進線線路倒閘操作時，又出現不帶電的主變零序電壓電流保護動作，跳進線開關。分析認為其原因在于：TA磁飽和引起主變差動保護誤動；110kV少油斷路器的均壓電容與母線TV發生鐵磁共振引起主變的零序電壓電流保護動作。該文對此提出了防范措施。

內橋接線 主變 差動動作 磁飽和 鐵磁共振

0 引言

農電網的110kV變電站大多采用內橋接線方式，橋路開關兩側的進線設備和母線上的設備均在主變差動保護范圍，部分農電網結構還不完善，在橋接差動保護范圍內有的還T接了送出線路，使差動保護范圍內的設備增多，保護更為復雜，誤動的機率增大。農網還有為數不少的110kV少油斷路器帶有均壓電容，母線TV采用電磁式電壓互感器，而橋接方式的母線通常較短，常發生鐵磁諧振故障。本文分析一起橋接范圍內T接送出線路遭受雷擊引起主變差動保護誤動跳閘事故，在事故處理的倒閘操作過程中又出現鐵磁諧振故障的典型案例。

1 事故概況

農電網某變電站，在一次強雷電活動中，站內忽見一道閃電一聲巨大雷鳴，隨即#1主變差動保護動作，110kV玉林Ⅰ回161開關、110kV林蒼線163開關、#1主變10kV側661開關跳閘。事故前該變電站110kV主接線方式如圖1所示。

圖1 事故時110kV系統接線方式示意簡圖

由圖1可見，110kV系統是內橋接線方式，事故前110kV 161開關帶110kVⅠ段母線運行供#1主變及110kV 163出線；110kV內橋100開關，10kV母分600開關均在熱備用狀態；110kV162進線開關帶110kVⅡ段母線運行供#2主變。

事故后倒閘操作過程中，110kV 163開關在斷開狀態、110kV 1612刀閘在斷開，即送出線路和#1主變均不帶電的情況下，110kV 161開關轉運行后，#1主變零序電壓保護動作，110kV 161開關立即跳閘。

2 站內故障檢查與試驗情況

對#1主變差動范圍內的主變本體及差動范圍內的一、二次設備進行全面檢查及測試，測試結果正常。由于該站的設備比較老舊，未裝有故障錄波裝置，增加了事故分析的難度。為此，調查了供受電側的情況。

（1）該受電側變電站距離供電側某220kV變電站僅2km，查供電側送出間隔的故障錄波，為三相短路故障，其中A、B相電流達15.6kA且相位相反，確定故障點的存在。因受電側主變的差動動作跳閘時間為0秒，故供電側玉葉變的該線路保護有啟動而沒有跳閘。

（2）查主變差動范圍內設備，110kV Ⅰ段母線避雷器三相各動作一次，確定有雷電過電壓。

（3）查事故的受電側變電站110kV系統為內橋接線方式，但#1主變差動110kV 161CT范圍內T接有送出間隔110kV 163線路。

（4）鑒于故障點的存在而站內設備無問題，因短路電流較大，判斷故障點在110kV 163送出線路的首端，即在變電站附近的線路遭受雷擊短路，對送出線路的163線路全線登桿檢查，發現距離變電站約300米的3#桿三相絕緣子及其均壓環都有新的燒傷痕跡。

3 事故分析

110kV 163線路短路故障，為何該線路保護沒有啟動、為何主變差動動作、為何在倒閘操作中#1主變不帶電其零序電壓電流保護會動作？這些是需要分析的主要問題。

3.1 繼電保護的檢查分析

110kV 163線路距離保護與主變差動保護的動作時限都是0秒，但在通過較大短路電流的情況下，LCD－4型差動繼電器的動作時間一般比晶體管距離保護的動作時限快，實測1#主變差動保護在較大電流的情況下動作時間為10ms左右，又故障只持續了兩個周波多一點，只有四十幾毫秒，因此110kV 163線路發生短路故障時主變的差動保護先于線路保護動作至出口跳閘，致使線路的晶體管距離保護啟動后還未出口跳閘就已返回（JJ－22晶體管相間距離保護啟動后，零指示器無法自保持，故障量消失后零指示器自動返回，只有保護至出口跳閘后信號才能保持）。致使110kV 163線路保護未能首先切除故障點，擴大成# 1主變差動保護動作跳閘。

3.2 CT的勵磁特性的測試與分析

測量了110kV 161CT、110kV 163CT的伏安特性，如表1、表2數據，勵磁特性曲線如圖2。兩組CT同是上海互感器廠制造而出廠日期不同，同勵磁電流下的電壓不同，勵磁飽和曲線初始段的曲率不大一致。

表1 進線110kV 161 TA伏安特性試驗數據

表2 送出線路110kV163 TA伏安特性試驗數據

曲線1——161玉林線路CT；曲線2——163蒼林線CT

該變電站110kV為內橋接線方式，#1主變差動范圍內的110kV側，110kV 161開關為送入，110kV 163線路為送出線路，這種接線方式不大合理，110kV 163線路遭受雷擊短路，較大的短路電流均流過110kV 163TA、110kV 161 TA，故障錄波二次電流的幅值高達130A，折算到一次側為15.6kA，是額定值的26倍。電流互感器在過流情況下工作時，由于勵磁電流波形畸變，二次電流就不是正弦波，不在適用相量圖表示，一般不能用電流誤差與相位差簡單的相量和來規定互感器的誤差特性，應用復合誤差來衡量準確限值。查該兩組CT的準確限值均為10P15，即只要短路電流不超過15倍的額定電流，互感器的復合誤差就不會超過10%[1]。由于實際短路電流是額定值的26倍，顯然CT在短路電流下勵磁處于高度磁飽和狀態，此時二次電流波形必然嚴重畸變，角比差均變大，其復合誤差將大大超過繼電保護允許的10%。與此同時，#1主變10kV 661 TA沒有承受短路電流，從而流經#1主變差動保護回路中的電流必然產生差流；雖然110kV 161 TA與110kV 163 TA二次電流方向整定相反互為抵消，保護向量測試正常，正常情況下不致產生差流，但兩組CT勵磁飽和特性曲線既有差別，兩者之間二次電流不能完全抵消，也增大了#1主變差動保護回路的差流，最終引起#1主變差動保護誤動。

3.3 #1主變不帶電其零序電壓電流保護動作分析

#1主變差動保護動作跳閘事故后的轉電倒閘操作過程中，當110kVⅠ段母線為空載狀態，將110kV 161開關轉運行時，110kV 161開關立即跳閘，是因為未按照防止鐵磁諧振的預案中規定的順序操作，當110kV 161開關轉熱備用狀態時，110kV 161開關均壓電容與Ⅰ段母線TV已發生諧振在先，#1主變雖已隔離，但其零序電壓保護取自110kVⅠ段母線TV開口電壓，在母線諧振過電壓下保護處于動作狀態，在此情況下合110kV 161開關必然跳閘。

4 結論

（1）110kV 163線路首端遭受雷擊造成三相短路是事故的直接原因。

（2）農電網多個110kV變電站類似內橋兼有送出線路的接線方式，均有出現類似事故的可能，如果把送出線路移到送入的線路側T接，可避免對主變差動的影響，但無專用開關保護，只要任一條線路有短路故障，兩條線路就一起跳掉。這種情況只有隨供電網結構的改變，由220kV變電站分別供電才會得到改善。

（3）如受電端變電站與供電端變電站的距離較近時，要根據可能出現的最大短路電流來正確選擇TA有足夠的準確限值，以防止TA出現過度飽和使波形嚴重畸變和角差增大，引起主變差動保護出現差流而動作跳閘。

（4）加快推進農電網老舊的繼電保護裝置改造，配置具有錄波功能的新型微機保護，以提高保護動作的選擇性和可靠性，并為電網或設備的事故后分析提供數據。

（5）有計劃地逐步淘汰帶均壓電容的少油開關，將母線電磁式電壓互感器改為電容式電壓互感器，避免發生鐵磁振。未改造的情況下，要嚴格執行防止鐵磁諧振的預案，有三種運行操作方式：①先合110kV 1612刀閘使主變與母線接通，再把110kV 161開關轉入熱備用；②先投110kV 163線路，再把110kV 161開關轉入熱備用；③先退Ⅰ段母線TV，待#1主變或110kV 163線路投入運行后，再投Ⅰ段母線TV。這幾種方法均能破壞諧振產生的條件，防止諧振的發生。

[1] 凌子怒. 高壓互感器技術手冊[M]. 北京: 中國電力出版社, 2005.

[2] 李建明，朱康主.高壓電氣設備試驗方法[M]. 北京:中國電力出版社，2001.

[3] 陳化鋼.電力設備預防性試驗方法及診斷技術[M].北京:中國科學技術出版社，2001.

[4] 國家電網公司. 國家電網公司電力安全工作規程（變電部分）[M].北京:中國電力出版社，2009.

[5] 江蘇省電力公司.電力系統繼電保護原理與實用技術[M].北京:中國電力出版社，2006.

[6] 國家電力調度通信中心.電力系統繼電保護典型事故分析[M].北京:中國電力出版社，2001.