一起110千伏主變跳閘的故障分析

方敏

【摘 要】110千伏線路發生單相接地，引起主變間隙保護動作的情況比較復雜，有的是因為電源端接地距離II段（或零序II段）時限較長或者是由于主變中、低壓側小電源引起，本案則分析了110千伏線路單相接地故障，異步電動機群失電暫態過程引起110千伏主變跳閘的情況，并提出了解決方案。

【關鍵詞】主變跳閘；故障分析；能源分析

一、主變跳閘過程情況

2012年11月12日10時06分57秒766毫秒， 110千伏側環×線線路保護啟動，27ms后接地距離I段動作，跳開735開關，故障電流 IC=35.15A（環×線線路CT變比600/5），3170ms后，重合閘動作；3298ms后重合于故障，距離加速動作跳閘，故障測距12.4公里（線路全長18.4公里），后查明故障點63#～64#桿間修路，有超高貨車通過，對線路放電。

二、運行方式和保護配置說明

運行方式：油×變和城×變由735環×線主供，油×變正母線運行，城×變1#變、油×變1#變中性點均不接地運行。故障前，110千伏油×變701、110千伏城×變701分別帶有功負荷9.2兆瓦和3.81兆瓦。

保護配置：油×變主變保護為深圳南瑞ISA-388G型裝置，2010年6月23日投入運行，投運至今未發生異常和缺陷。1#主變保護配置：II段間隙零序過壓保護180伏，0.5s跳主變各側開關（I段間隙零序過壓保護退出）。

環×變重合閘配置為檢無壓重合閘（檢線路無壓、母線有壓），動作時間為2s。

三、保護動作波形及分析

正常情況下，110千伏環×線發生故障后，線路距離保護動作，27ms后735開關跳開，油×變和城×變供電區域沒有小電源，油×變母線沒有電壓，1#主變間隙過壓保護不應動作。但實際上油×變1#主變間隙過壓保護動作，說明油×變或城×變低壓側有能量源給油×變母線提供電壓支撐。

（一）油×變保護動作分析

油×變主變保護動作波形如下：

圖1 油×變主變保護動作波形

圖1中，T1時間為環×線線路保護動作時間，有功功率波形可知，在線路保護動作前，油×變1#主變高壓側從系統吸收有功，線路保護動作后，1#主變有功功率反向，向系統送出有功，說明油×變20千伏有能量源送出有功功率。

T2時間應為油×變1#主變保護動作時刻，從波形可以看出，主變保護動作后，油×變送出有功降為零，但油×變母線仍有電壓，說明城×變也有能量源提供電壓。

（二）城×變波形分析

環×線保護動作后，城×變主變高后備保護零壓II段保護多次啟動，但是錄波文件只有一個，波形如下圖所示：

圖2 城×變保護啟動波形（如下圖）

如圖2所示，從保護錄波開始，AB相電壓始終存在，C相電壓很小，持續時間至少240ms，錄波時間應是C相發生接地故障開始。三相不平衡電壓持續240ms，說明環×線735開關跳開后，不平衡電壓始終存在，再次證明能量源的存在。

從有功功率曲線可以看出，T1時刻應為環×線線路保護動作時刻，T1時刻之前，城×變從系統吸收有功，環×線735開關跳開后，城×變仍有有功功率受進，說明油×變應有能量源存在。

四、暫態過程能量源分析

根據油×變和城×變錄波波形和有功功率分析可知，油×變和城×變低壓側均可能有能量源存在。經過深入排查，油×變和城×變供電區域確實沒有小水電、光伏發電或自備電源。但故障前油×變總負荷9.2兆瓦，其中，20千伏221油織（供紡織、印染、化纖）線負荷4.15兆瓦，212油酒（供××化纖）線負荷1.42兆瓦，共計異步電機負荷5.59兆瓦，占該變電總負荷60.8%。故障前城×變電站總負荷3.81兆瓦，其中北街I 9Y1線路水泥企業異步電機負荷2.96兆瓦，占該變電站總負荷78%。

由于油×、城×這兩個110千伏變電站總負荷才13.01兆瓦，負荷相對較輕，異步電動負荷占得比重較大，兩個變電站供電的異步電動機負荷形成了異步電動機群效應。異步電動機群在110千伏電網主電源跳開后的暫態過程中，由于旋轉電機的旋轉慣性及儲能特性，異步電機群在失電后仍將繼續旋轉一段時間，這時其端電壓（殘壓）的幅值將不斷衰減。又由于油×變供電區域異步電機容量是城×變供電區域異步電機容量的1.89倍，暫態過程中油×變區域異步電機群轉速下降較慢對外送出有功功率，并為油×變110千伏零序電壓提供支撐，造成油×變110千伏II段間隙零序過壓保護（180伏，0.5s）跳開主變各側開關，具體情況見錄波圖。油×變主變跳開后，城×變供電區域異步電動機群起主導作用，在其轉速繼續下降過程中送出較小的有功功率，為110千伏油×變母線電壓提供支撐。

五、對策措施

電網故障110千伏線路主電源跳開異步電動機群失壓轉速下降的暫態過程中，異步電動機群所起的作用相當于“小電源”，這種“小電源”的作用隨著異步電動機群的容量不同和110千伏故障點不同也不同，需要進行認真分析。本案中采取的對策措施是在油×變110千伏II段間隙零序過壓保護（180伏，0.5s）中，增加一個0.3 s時限段，提前跳開供具有異步電動機群負荷（紡織、印染、化纖）的油織線221開關 和油酒線212開關。在城×變110千伏II段間隙零序過壓保護（180伏，0.5s）中，增加一個0.3 s時限段，提前跳開具有異步電動機群負荷的北街I 線9Y1開關。避免110千伏主變間隙保護誤動作，110千伏主變受電正常后，由調度指揮監控人員遙控操作開關，對供異步電動機群負荷的線路恢復送電。

六、結束語

主變保護動作跳閘幾率較低，一旦動作往往受到高度重視。110千伏線路發生單相接地，引起主變間隙保護動作一定要認真分析，找出原因，采取有效措施，確保設備運行安全。

參考文獻：

[1]陳紹君.異步電動機群暫態相位預測模型.《電網技術》2008年12月.