一起雷击线路引起主变差动保护误动的分析

一起雷击线路引起主变差动保护误动的分析

作者：郭婷 林思思

来源：《海峡科学》2012年第08期

[摘要] 农电网某110kV变电站为内桥接线方式兼有送出线路，其送出线路遭受雷击故障时，使站内主变差动保护动作跳闸，事故后进行进线线路倒闸操作时，又出现不带电的主变零序电压电流保护动作，跳进线开关。分析认为其原因在于：TA磁饱和引起主变差动保护误动；110kV少油断路器的均压电容与母线TV发生铁磁共振引起主变的零序电压电流保护动作。该文对此提出了防范措施。

[关键词] 内桥接线 主变 差动动作 磁饱和 铁磁共振 0 引言

农电网的110kV变电站大多采用内桥接线方式，桥路开关两侧的进线设备和母线上的设备均在主变差动保护范围，部分农电网结构还不完善，在桥接差动保护范围内有的还T接了送出线路，使差动保护范围内的设备增多，保护更为复杂，误动的机率增大。农网还有为数不少的110kV少油断路器带有均压电容，母线TV采用电磁式电压互感器，而桥接方式的母线通常较短，常发生铁磁谐振故障。本文分析一起桥接范围内T接送出线路遭受雷击引起主变差动保护误动跳闸事故，在事故处理的倒闸操作过程中又出现铁磁谐振故障的典型案例。 1 事故概况

农电网某变电站，在一次强雷电活动中，站内忽见一道闪电一声巨大雷鸣，随即#1主变差动保护动作，110kV玉林Ⅰ回161开关、110kV林苍线163开关、#1主变10kV侧661开关跳闸。事故前该变电站110kV主接线方式如图1所示。 图1 事故时110kV系统接线方式示意简图

由图1可见，110kV系统是内桥接线方式，事故前110kV 161开关带110kVⅠ段母线运行供#1主变及110kV 163出线；110kV内桥100开关，10kV母分600开关均在热备用状态；110kV162进线开关带110kVⅡ段母线运行供#2主变。

事故后倒闸操作过程中，110kV 163开关在断开状态、110kV 1612刀闸在断开，即送出线路和#1主变均不带电的情况下，110kV 161开关转运行后，#1主变零序电压保护动作，110kV 161开关立即跳闸。

2 站内故障检查与试验情况

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对#1主变差动范围内的主变本体及差动范围内的一、二次设备进行全面检查及测试，测试结果正常。由于该站的设备比较老旧，未装有故障录波装置，增加了事故分析的难度。为此，调查了供受电侧的情况。

（1）该受电侧变电站距离供电侧某220kV变电站仅 2km，查供电侧送出间隔的故障录波，为三相短路故障，其中A、B相电流达15.6kA且相位相反，确定故障点的存在。因受电侧主变的差动动作跳闸时间为0秒，故供电侧玉叶变的该线路保护有启动而没有跳闸。 （2）查主变差动范围内设备，110kV Ⅰ段母线避雷器三相各动作一次，确定有雷电过电压。

（3）查事故的受电侧变电站110kV系统为内桥接线方 式，但#1主变差动110kV 161CT范围内T接有送出间隔110kV 163线路。

（4）鉴于故障点的存在而站内设备无问题，因短路电流较大，判断故障点在110kV 163送出线路的首端，即在变电站附近的线路遭受雷击短路，对送出线路的163线路全线登杆检查，发现距离变电站约300米的3#杆三相绝缘子及其均压环都有新的烧伤痕迹。 3 事故分析

110kV 163线路短路故障，为何该线路保护没有启动、为何主变差动动作、为何在倒闸操作中#1主变不带电其零序电压电流保护会动作？这些是需要分析的主要问题。 3.1 继电保护的检查分析

110kV 163线路距离保护与主变差动保护的动作时限都是0秒，但在通过较大短路电流的情况下，LCD－4型差动继电器的动作时间一般比晶体管距离保护的动作时限快，实测1#主变差动保护在较大电流的情况下动作时间为10ms左右，又故障只持续了两个周波多一点，只有四十几毫秒，因此110kV 163线路发生短路故障时主变的差动保护先于线路保护动作至出口跳闸，致使线路的晶体管距离保护启动后还未出口跳闸就已返回（JJ－22晶体管相间距离保护启动后，零指示器无法自保持，故障量消失后零指示器自动返回，只有保护至出口跳闸后信号才能保持）。致使110kV 163线路保护未能首先切除故障点，扩大成 # 1主变差动保护动作跳闸。

3.2 CT的励磁特性的测试与分析

测量了110kV 161CT、110kV 163CT的伏安特性，如表1、表2数据，励磁特性曲线如图2。两组CT同是上海互感器厂制造而出厂日期不同，同励磁电流下的电压不同，励磁饱和曲线初始段的曲率不大一致。

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该变电站110kV为内桥接线方式，#1主变差动范围内的110kV侧，110kV 161开关为送入，110kV 163线路为送出线路，这种接线方式不大合理，110kV 163线路遭受雷击短路，较大的短路电流均流过110kV 163TA、110kV 161 TA，故障录波二次电流的幅值高达130A，折算到一次侧为15.6kA，是额定值的26倍。电流互感器在过流情况下工作时，由于励磁电流波形畸变，二次电流就不是正弦波，不在适用相量图表示，一般不能用电流误差与相位差简单的相量和来规定互感器的误差特性，应用复合误差来衡量准确限值。查该两组CT的准确限值均为10P15，即只要短路电流不超过15倍的额定电流，互感器的复合误差就不会超过10%[1]。由于实际短路电流是额定值的26倍，显然CT在短路电流下励磁处于高度磁饱和状态，此时二次电流波形必然严重畸变，角比差均变大，其复合误差将大大超过继电保护允许的10%。与此同时，#1主变10kV 661 TA没有承受短路电流，从而流经#1主变差动保护回路中的电流必然产生差流；虽然110kV 161 TA与110kV 163 TA二次电流方向整定相反互为抵消，保护向量测试正常，正常情况下不致产生差流，但两组CT励磁饱和特性曲线既有差别，两者之间二次电流不能完全抵消，也增大了#1主变差动保护回路的差流，最终引起#1主变差动保护误动。 3.3 #1主变不带电其零序电压电流保护动作分析

#1主变差动保护动作跳闸事故后的转电倒闸操作过程中，当110kVⅠ段母线为空载状态，将110kV 161开关转运行时，110kV 161开关立即跳闸，是因为未按照防止铁磁谐振的预案中规定的顺序操作，当110kV 161开关转热备用状态时，110kV 161开关均压电容与Ⅰ段母线TV已发生谐振在先，#1主变虽已隔离，但其零序电压保护取自110kVⅠ段母线TV开口电压，在母线谐振过电压下保护处于动作状态，在此情况下合110kV 161开关必然跳闸。 4 结论

（1）110kV 163线路首端遭受雷击造成三相短路是事故的直接原因。

（2）农电网多个110kV变电站类似内桥兼有送出线路的接线方式，均有出现类似事故的可能，如果把送出线路移到送入的线路侧T接，可避免对主变差动的影响，但无专用开关保护，只要任一条线路有短路故障，两条线路就一起跳掉。这种情况只有随供电网结构的改变，由220kV变电站分别供电才会得到改善。

（3）如受电端变电站与供电端变电站的距离较近时，要根据可能出现的最大短路电流来正确选择TA有足够的准确限值，以防止TA出现过度饱和使波形严重畸变和角差增大，引起主变差动保护出现差流而动作跳闸。

（4）加快推进农电网老旧的继电保护装置改造，配置具有录波功能的新型微机保护，以提高保护动作的选择性和可靠性，并为电网或设备的事故后分析提供数据。

（5）有计划地逐步淘汰带均压电容的少油开关，将母线电磁式电压互感器改为电容式电压互感器，避免发生铁磁振。未改造的情况下，要严格执行防止铁磁谐振的预案，有三种运行

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操作方式：①先合110kV 1612刀闸使主变与母线接通，再把110kV 161开关转入热备用；②先投110kV 163线路，再把110kV 161开关转入热备用；③先退Ⅰ段母线TV，待#1主变或110kV 163线路投入运行后，再投Ⅰ段母线TV。这几种方法均能破坏谐振产生的条件，防止谐振的发生。 参考文献:

[1] 凌子怒. 高压互感器技术手册[M]. 北京: 中国电力出版社, 2005.

[2] 李建明，朱康主.高压电气设备试验方法[M]. 北京:中国电力出版社，2001. [3] 陈化钢.电力设备预防性试验方法及诊断技术[M].北京:中国科学技术出版社，2001. [4] 国家电网公司. 国家电网公司电力安全工作规程（变电部分）[M].北京:中国电力出版社，2009.

[5] 江苏省电力公司.电力系统继电保护原理与实用技术[M].北京:中国电力出版社，2006.