一起主變中后備保護動作事件案例分析

代希雷，張 港

（1.國網浙江省電力有限公司麗水供電公司，浙江 麗水 323000；2.國網江蘇省電力有限公司海安市供電分公司，江蘇 海安 226600）

變壓器是電力系統中重要的設備之一，承擔著電壓轉換、電能分配等重要任務。然而，在運行過程中，變壓器可能會發生各種故障，如短路、過載等，這些故障會對整個電力系統產生嚴重影響。因此，對變壓器進行有效的保護至關重要。變壓器后備保護是變壓器保護的重要組成部分，它能夠在變壓器發生故障時及時切斷電源，以防止故障擴大，保障電力系統的穩定運行。變壓器的后備保護既可以作為變壓器瓦斯保護和本體差動保護的后備，也可以對外部故障引起變壓器的過電流起到保護作用，作為變壓器各側母線以及相鄰出線的遠后備保護[1]。由于線路故障概率比較大，如果故障線路的保護裝置或斷路器拒動，將使變壓器通過較大的故障電流而不能切除故障[2]。主變后備保護動作，將切除故障電流，有利于電力系統穩定[3]。

1 變壓器保護要點分析

1.1 變壓器后備保護概述

當變壓器發生故障時，回路上的保護裝置會發出瞬時信號，斷開回路開斷元件，這個動作的保護就是主變保護。當主保護因多因素影響而沒有相應動作，并且依據各回路要求，在很短延時時間后，后備保護裝置將啟動，跳開故障回路，后備保護反應變壓器外部故障。為確保電力變壓器在相鄰元件及內部故障時得到備用保護，需安裝外部接地、過電流保護和中性點過電壓保護等裝置。這樣一來，即使主保護失效，后備保護也能及時作用，以保障設備和人員的安全。

后備保護的范圍包括變壓器本身、供電回路以及連接在回路上的負荷設備。后備保護包括多種類型的保護裝置，如阻抗保護、低電壓過流保護、復合電壓過流保護和過流保護。這些保護裝置能夠監測變壓器的過流情況，但不同類型的保護裝置靈敏度存在較大差異。

1.2 后備保護類型

變壓器后備保護主要用于在主保護（如差動保護）未能及時動作或誤動作時，能夠及時切斷故障電源，以減輕故障對變壓器的損害。后備保護的種類較多，常見的有低電壓保護、過電流保護、阻抗保護等[4]。（1）低電壓保護。當變壓器電源側發生故障導致電壓降低時，低電壓保護能夠及時切斷電源，以防止變壓器過負荷運行。（2）過電流保護。當變壓器負荷側發生故障導致電流過大時，過電流保護能夠通過跳開斷路器來切斷電源，以保護變壓器和其他設備的安全。（3）阻抗保護。阻抗保護是一種基于阻抗元件的保護方式，能夠在變壓器內部發生故障時快速切斷電源。

1.3 差動保護

變壓器差動保護是變壓器保護的一種重要類型。基于電路的基爾霍夫電流定律，即對于一個電路，任意時刻流入節點的電流之和等于流出節點的電流之和。在變壓器差動保護中，通過將變壓器兩側的電流互感器接入電路，并比較兩側的電流大小和相位，來判斷變壓器是否發生故障。當變壓器正常運行時，流入差動繼電器的電流為零，即兩側的電流大小相等、相位相反。當變壓器內部發生故障時，故障電流會流過差動繼電器，觸發差動保護動作，切斷變壓器電源。差動保護具有以下優點：（1）反應靈敏。差動保護能夠快速反應變壓器內部故障，保證故障切除時間短，減小故障對變壓器和電力系統的損害。（2）具有良好的選擇性。差動保護僅在變壓器內部發生故障時才會動作，不會受到其他設備故障的影響。（3）可靠性較高。差動保護的原理簡單，易于實現，且不易受系統運行方式和負荷變化的影響。但是在實踐過程中發現，差動保護也存在一些局限性，例如易受互感器誤差和不平衡電流的影響等。因此，在實際應用中，需要結合變壓器的具體情況和運行要求，選擇適合的后備保護方案。

2 研究背景

在電力系統中，主變設備是承擔電能傳輸和變換的重要設備之一。為了保證主變的正常運行，通常會安裝相應的保護裝置，以防止設備故障和電網故障對主變造成損壞[5]。然而，在實際運行中，偶爾會發生保護動作事件，這需要對事件進行分析和處理，以找出事件的根本原因，并采取相應的措施進行改進。

3 故障前運行方式

某變電站220 千伏、110 千伏為雙母線接線方式，35 千伏為單母分段接線方式。故障前1#主變和2#主變220 千伏和110 千伏側并列運行，35 千伏側分裂運行，#1 主變中性點接地。

據氣象站在故障時段觀測的氣象數據，04時至06時期間，故障區域天氣情況為：雷雨天氣，氣溫在26℃～35℃間，東南風5 級，相對濕度68%RH，降水量29mm。

4 故障過程及保護動作情況

05 時46 分13 秒156 毫秒，古萬1689 線相間距離I 段出口，故障電阻為0.26+j0.669 歐，故障測距為7.69km，零序II 段出口，零序電流為28.272A。

4.1 故障時保護動作第一階段

通過對故障錄波圖進行深入研究發現，在05 時46分13 秒134 毫秒，古萬1689 線發生A、B 相接地故障，A 相故障電流為17.854A，B 相故障電流為18.720A，零序電流為17.306A。但是古萬1689 線開關沒有跳開，導致故障電流一直存在，并在05 時46 分13 秒783 毫秒，故障由A、B 兩相接地短路演變為三相短路。

4.2 故障時保護動作第二階段

05 時46 分15 秒826 毫秒，1#主變110kV 后備保護1 時限動作，跳開110kV 母聯開關，05 時46 分16秒145 毫秒，1#主變110kV 后備保護2 時限動作跳開#1 主變110kV 開關，故障切除。

5 現場檢查情況及處理過程

5.1 現場檢查情況

110 千伏古萬1689 線路25#塔A、B 兩相均有雷電燒傷痕跡，保護測距約7.69km。

110 千伏古萬1689 線斷路器型號為3AP1-FG，生產廠家為杭州西門子開關有限公司。經現場檢查，開關機構內部接線無松動，開關端子箱接線無松動，無進水情況。

5.2 原因分析

1.對110kV 古萬1689 線的保護裝置進行了帶開關傳動試驗，并在開關端子箱進行了對分閘回路跳閘線圈的電位監視。在前五次傳動試驗中，保護裝置發生了兩次保護動作。然而，經過對137 端子的電位監視發現，跳閘線圈未收到正電位，導致110kV 古萬1689線路斷路器未進行分閘。隨后進行了六七十次試驗，保護裝置均能正確動作并實現開關的跳閘，同時重合閘也能正確合上開關。因此初步懷疑出現了保護裝置的偶發故障。

2.對#1 主變開展油化試驗，試驗結果合格。

3.對110 千伏古萬1689 線開關機構開展試驗及對端子箱分閘回路搖絕緣，結果均正常。

4.重啟保護裝置、對古萬1689 線出口插件板進行檢查，未發現異常。

5.3 事故后處理

1.進行快速故障檢測。為盡快消除隱患，保障正常供電，現場更換古萬1689 線路保護的跳閘出口插件，并進行10 次以上傳動試驗，傳動試驗均合格后，于8月23 日凌晨1 點38 分恢復古萬1689 線路運行。在保護裝置發生故障時，應迅速進行故障檢測。可以通過裝置本身的自診斷程序或人工檢查方式進行。一旦發現故障，應立即啟動故障處理程序。

故障檢測階段確認有故障發生后，立即將故障裝置隔離，這樣可以避免故障擴大，影響其他設備的正常運行。在進行裝置隔離時，應遵循安全操作規程，確保操作過程的安全性。

2.故障診斷與修復。在裝置隔離后，需要進行詳細的故障診斷。這包括對故障裝置進行全面的檢查、分析，找出故障原因。故障診斷需要具備豐富的專業知識和實踐經驗，以便準確判斷故障原因。在修復過程中，應確保裝置的安全性和穩定性，同時盡量減少對電力系統的影響。在修復過程中，應遵循安全操作規程，確保維修人員的安全。

3.檢驗裝置。修復完成后，需要對裝置進行檢驗，以確保其正常運行。檢驗包括功能測試、性能測試和外觀檢查等。只有在確保裝置各項功能正常后，才能將其重新投入電力系統。

4.分析記錄與故障匯報。在故障處理過程中，應對故障相關信息進行詳細記錄，包括故障發生時間、故障現象、故障診斷結果、修復過程等。通過對這些信息進行分析，可以找出故障的根本原因，從而為預防類似故障的再次發生提供依據。在故障處理完成后，應編寫故障處理報告。報告應包括故障處理的整個過程、相關記錄和分析結果。通過報告匯報，可以讓相關部門了解故障情況，為后續工作提供參考。

6 保護裝置偶發故障優化與改進措施

6.1 硬件與軟件優化

6.1.1 硬件

選用經過嚴格篩選和測試的元器件，從源頭上保證硬件的可靠性。對于關鍵部件，如CPU、通信接口等，應設計硬件冗余機制，確保在故障發生時能夠快速切換到備用設備。合理設計電路，降低元器件之間的電磁干擾，提高硬件整體的穩定性。

6.1.2 軟件

增加軟件容錯機制，通過設計有效的容錯算法，能夠在軟件故障發生時及時發現和恢復，保證軟件的正常運行。增加軟件測試環節，對軟件進行全面、細致的測試，提前發現并修復潛在的軟件故障。同時，在軟件系統中，加入自診斷程序，實時監測軟件運行狀態，發現異常立即報警并采取相應的處理措施。

6.2 變壓器后備保護的注意事項

為保證變壓器后備保護的有效性和可靠性，需要注意以下幾點：

1.選擇合適的后備保護方式。應根據變壓器的具體運行要求和負荷情況，選擇適合的后備保護方式。

2.定期檢查后備保護設備。在正常運行過程中，應定期檢查后備保護設備的運行狀態，發現問題及時處理。

3.定期校準后備保護設備。為了保證后備保護設備的準確性和可靠性，應定期進行校準實驗。

4.注意操作安全。在進行切斷電源操作時，應嚴格按照操作規程進行，以保證操作安全。

5.加強日常維護。應加強對后備保護設備的日常維護，保證其正常運行。

6.進一步完善110 千伏、220 千伏開關拒動、誤動處置措施，規范處置斷路器異常時處置流程。

7.加強設備檢測，要求保護廠家加強設備質量把控，避免因為保護裝置偶發性故障造成故障時斷路器無法跳閘異常事件發生。

6.3 閉鎖元件需引入跳閘位置接點

閉鎖元件是一種常見的電氣元件，它在電路中起到了重要的作用。它可以防止在某些情況下電路意外關閉或打開，從而保證電路的安全運行。閉鎖元件的引入使得電路的控制更加靈活和可靠。閉鎖元件可以確保跳閘位置接點只能在特定條件下打開或關閉，通常用于控制電路的跳閘位置接點。跳閘位置接點是一種用于控制電路的開關，通常用于斷開或閉合。這樣可以避免因操作失誤或其他意外情況導致電路關閉或打開，從而保證電路的安全運行。閉鎖元件通常包括兩個部分：閉鎖電磁鐵和閉鎖開關。閉鎖電磁鐵是一種具有電磁性質的設備，它可以通過電流的流動產生磁場，從而控制閉鎖開關的狀態。閉鎖開關是一種特殊設計的開關，它只能在閉鎖電磁鐵產生磁場的情況下打開或關閉。當閉鎖電磁鐵產生磁場時，閉鎖開關才能被操作，否則它將保持在原來的狀態。

7 結語

綜上所述，本文以后備保護動作為例，分析該變電站發生故障主要原因。研究表明，變電站主要出現保護裝置偶發性故障。通過跳閘位置接點融入閉鎖元件以及優化硬件與軟件，從而提升變電站運行安全性與穩定性，具有較強的實用性。