220kV變壓器差動保護動作跳閘的分析與處理

國網安徽省電力公司電力科學研究院 尹睿涵 吳 杰 吳興旺 丁國成 國網安徽省電力有限公司 謝 佳 國網蕪湖供電公司 劉虎城

2019年4月21日09時26分，220kV 某變電站#2主變縱差保護動作，主變三側斷路器2802跳閘、502跳閘、302跳閘。該變電站主接線圖如圖1所示，#2主變220kV 側通過2802斷路器帶母線，110kV 側通過502斷路器帶母線，35kV側通過302斷路器帶母線。該220kV 主變為自耦變壓器，中性點直接接地運行，型號為OSFPSZ9-120000/220，出廠編號為2000-056，投運時間為2001年5月。2017年4月完成主變間隔例行試驗，試驗結果正常。

1 相關檢查和試驗情況

當日對該220kV 主變進行檢查：主變本體（含瓦斯繼電器、壓力釋放閥）及三側的開關、電流互感器、避雷器外觀進行檢查未發現異常。主變低壓側出口均進行了絕緣化處理；對主變本體、2802電流互感器三相和502電流互感器三相取油樣進行色譜分析，結果分別為CH48.2/1.0/1.4、C2H49.8/0.0/0.2、C2H63.4/0.0/0.0、C2H20.0/0.0/0.0、H20.0/27/16、CO 226/52/92、CO21382/241/235，結論合格；對該220kV 主變進行繞組直流電阻試驗、套管介損/電容量試驗、頻響法繞組變形和低電壓阻抗試驗，結果正常。對2802、502電流互感器進行絕緣電阻試驗、套管介損/電容量試驗，結果正常。對三側避雷器進行絕緣電阻試驗、泄漏電流試驗，結果正常。

通過以上試驗、化驗結果，判斷本次差動保護動作不是由主變內部故障或相應的電流互感器、避雷器本體故障引起。

該主保護啟動時間為04月21日09點26分35秒860毫秒；20毫秒時縱差保護動作，跳開2802、502、302開關。主變故障錄波裝置與保護同一時刻啟動，開始錄波。故障錄波裝置中110kV 母線的電壓如圖2所示，從上至下分別為110kV 母線A 相、B 相、C 相電壓。可知A 相母線電壓出現突降，持續時間65ms 左右。其余母線電壓未發生突降。

圖2 故障錄波裝置中110kV 母線電壓

故障錄波裝置中主變220kV 側、110kV 側電流波形如圖3所示，從上至下波形分別為220kV 側A 相、B 相、C 相、零序電流和110kV 側A 相、B相、C 相、零序電流。可知：220kV 側A 相電流與220kV 側零序電流相位相同，幅值顯著高于B 相、C 相；110kV 側A 相電流與110kV 側零序電流相位相同，幅值顯著高于B 相、C 相。疑似220kV 側A 相或110kV 側A 相發生了單相短路接地故障。

主變保護裝置中，主變220kV 側、110kV 側電流波形如圖4所示，從上至下分別為110kV 側C 相、B 相、A 相電流，220kV 側C 相、B 相、A 相電流，縱差C 相、B 相、A 相差流。A 相差流3.129A，B相差流0.022A，C 相差流3.109A。可知：主變220 kV 側A 相有較大電流流過，換算到一次側電流峰值為5000A 左右；主變110kV 側A 相電流較小；主變220kV 側A 相電流與A 相差流相位相同，與C 相差流相位相反。疑似220kV 側A 相發生了單相短路接地故障。

進一步觀察差流情況[1-2]可知，220kV 側A 相電流與A 相差流相位相同、與C 相差流相位相反。三相差流AD、BD、CD的計算公式如下：AD=(AHBH)×KH+(AM-IBM)×KM+AL×KL、BD=(BH-CH)×KH+(BM-CM)×KM+BL×KL、CD=(CH-AH)× KH+(CM-AM)×KM+CL×KL，其中AH、BH、CH為高壓側電流，AM、BM、CM分別為中壓側電流，AL、BL、CL分別為低壓側電流，KH、KM、KL分別為高、中、低壓側的平衡常數。由圖4可知AH顯著高于其他電流值，可推得AD=(AH)×KH、CD=(-AH)×KH，即高壓側A 相電流與A 相差流相位相同，與C 相差流相位相反，與保護波形圖相吻合。

2 故障原因分析與確認

在主變保護裝置和故障錄波裝置中，110kV 側A 相出現大小差別顯著的現象。原因在于該220kV主變保護裝置的電流信號取自于斷路器電流互感器，而故障錄波裝置的電流信號取自于主變套管電流互感器。在故障錄波裝置中110kV 側A 相電流較大，表明流經主變套管的電流較大；而主變保護裝置中110kV 側A 相電流較小，表明流經斷路器電流互感器的電流較小，電流在流經110kV 側A 相主變套管至斷路器電流互感器的過程中發生了分流。結合110kV 母線電壓突降的情況推測110kV 側A 相主變套管至斷路器電流互感器的連接線路上發生了單相接地故障。故障時電流示意圖如圖5所示，110kV側A 相主變套管電流I套為短路接地電流I短與流過502斷路器電流I斷之和。

通過以上分析確認故障范圍后，對該范圍內的一次引線進行檢查，發現該主變110kV 側龍門架頂端A 相跨線的反弓線上端有明顯的異物放電痕跡，呈散點放射狀，并在龍門架耐張絕緣子串球頭部位置發現白色放電痕跡。進一步檢查發現，該故障點臨近的變電站圍墻外異物堆積，周邊的小樹上有多處異物懸掛，存在著較大的漂浮物風險。

3 結論與建議

故障發生當日，該變電站處于強降雨和陣風的環境中。此時一次引線上形成一層水膜或者布滿水滴，使得引線的起暈電壓降低[3]，導致引線周邊發生尖端放電，進一步加劇了引線周邊電場的不均勻程度。故障點臨近的變電站圍墻外漂浮物較多，在陣風影響下，飄至故障點附近，在不均勻電場中發生局部放電并迅速發展成對絕緣子球頭擊穿。異物在瞬間的強電場下發生分解，部分散落在引線上留下痕跡。該變電站運行環境缺乏有效治理[4-5]是本次故障的關鍵誘因，為避免類似問題再次發生，提出如下建議：

充分認識變電站運行環境問題的反復性和重要性。變電站運行環境隨著時間的推移、天氣的變化在不斷改變，如異物風險得不到及時管控，易發生異物短路故障。應加強與地方政府的溝通、協調，依法依規地及時處置變電站周邊異物（民房、廢品收購站、塑料大棚、垃圾堆場）風險。

建立常態化的變電站運行環境治理機制。明確治理周期。每年定期開展兩次變電站運行環境巡視和整改，收到惡劣天氣特別是大風預警時應安排特巡；形成整改閉環。對排查發現的問題應建檔保存，逐項落實責任人、整改措施、整改時間；以檢查、考核促進整改落實。將變電站運行環境的排查、整改情況納入考核范疇。

變電站運行環境監督關口前移。在新（改、擴）建變電站設計、施工、驗收環節中，落實運行環境治理要求，一旦發現問題及時整改，避免后續因停電困難導致問題遺留。