張全元 ,莊進明 ,亢歆童
(1. 湖北電力有限公司超高壓公司,湖北 武漢 430050; 2. 江山化工集團有限公司,江蘇 南通 226000; 3. 武漢理工大學,湖北 武漢 430070)
某年11月28日00:24:01,某110 kV變電站值班人員發現照明燈閃爍,幾乎同時聽見35 kV開關室內爆炸聲,緊接著監控后臺報警“1#主變壓器差動保護動作”“線路318過流保護動作”。經現場檢查發現318線路B相電流互感器爆炸開裂,1#主變壓器外觀、溫度、瓦斯繼電器、油位均無異常,判斷1號主變差動保護誤動作跳主變壓器兩側斷路器。
系統接線如圖1所示,熱電2#線經311聯絡斷路器并入35 kV 1#母線。
圖1 系統接線方式圖
110 kV 主變壓器差動保護電流量高壓取714斷路器TA(5P20)、低壓取301斷路器TA(5P20),318出線速斷過流取318斷路器TA(5P20)。
故障錄波器電壓波形如圖2所示。
圖2 故障錄波器電壓波形圖
波形記錄35 kV Ⅰ、Ⅱ母線電壓波形,Ⅰ電壓出現故障,Ⅱ電壓正常,此站2臺主變壓器分低壓分裂運行。
故障前約75 ms 電壓出現畸變, A相電壓明顯升高,B 、C 兩相電壓也略有升高,時間約50 ms,三相電壓均發生畸變,之后三相電壓有個明顯的暫態尖頂波,應該是有放電現象,A 相電壓為零, B相電壓有放電波形,隨后B 相電壓為零,發生了A、B兩相故障,約30 ms 后C 相電壓為零,形成三相短路。從設備放電到斷路器三相跳閘時間約150 ms,A、B兩相故障時間約85 ms。
在故障時由于 3U0很小,圖2沒有顯示(專用故障錄波器取TV 開口三角 3U0)。波形記錄35 kVⅡ母線電壓正常。
主變壓器差動保護電流波形如圖3~6所示。高壓側與低壓側電流經過微機保護換算后大小相等,沒有出現差流(A、B兩相只有不平衡電流)。
圖3 變壓器差動保護A 相電流波形圖
圖4 變壓器差動保護B相電流波形圖
圖5在第二個周波低壓TA出現飽和現象,高、低壓電流之差出現了差流,如圖5中黑色波形,引起比率差動保護出口(低定值),跳主變壓器兩側斷路器。
圖5 變壓器差動保護C相電流波形圖
圖6 變壓器差動保護C相差流波形圖
故障線路318開關柜內故障波形如圖7、圖8所示。圖7故障線路318電壓波形可分為5個階段:
圖7 故障線路318電壓波形圖
圖8 故障線路318電流波形圖
第一階段前36 ms,三相電壓出現了負的直流分量,電壓波形向橫坐標下移,這個時間在圖7中看不出來;
過電壓階段,由圖7可知過電壓時間約為50 ms,與故障錄波器電壓相同,A 相電壓高于B、C 兩相;
A、B 相間短路,并且有很小的 3U0,說明是兩相接地短路;
三相短路,A、B 兩相接地短路約30 ms后三相短路,幾乎沒有零序,屬于三相對稱性短路;
線路速斷過流保護動作,斷路器三相跳閘后,C 相電壓首先恢復,說明C 相是首開相(與故障錄波器相同),C 相約提前7 ms,三相電壓出現了負的直流分量,電壓波形向橫坐標下移。
故障線路B相電流分析。由圖8與圖5可知,線路速斷過流保護TA B 相比變壓器差動C 相低壓側TA 飽和時間長,在變壓器差動保護動作后,站內自備發電機繼續向故障點提供短路電流,TA 飽和約50 ms后退出飽和,大約10 ms后TA又飽和,大約15 ms后TA 再次退出飽和,線路速斷過流出口跳閘。
根據現場分析本開關柜有電弧爆炸痕跡,柜頂鼓起,B 相電流互感器外絕緣出現了故障,二次線絕緣也有損壞,其他2個故障點在電流互感器前(靠近母線),所以故障時測不到故障電流。
由圖5和圖7可知,故障時變壓器低壓側電流互感器飽和時間先于低壓側線路C相電流互感器退出飽和時間,因此變壓器差動保護優先于低壓線路速斷過流保護動作。因本站有自備發電機,變壓器兩側斷路器跳閘后,發動機繼續向故障點提供短路電流,因此線路速斷過流C 相在電流互感器退出飽和后動作,從而切除故障[1-2]。
此故障在該變電站發生過2次,都與低壓側電流互感器勵磁特性有關,經分析對該型號的電流互感器進行了全面更換。
35 kV 不接地系統開關柜內故障→變壓器35 kV C相TA、318線路B 相TA飽和→110 kV變壓器差動保護動作→跳主變壓器兩側斷路器→自備電廠繼續向故障點提供短路電流→線路速斷保護動作→條318線路斷路器。
變壓器C 相差動保護動作原因是C 相TA 保護引起,保護有差流,保護本生動作正確。
318線路電流速斷晚于變壓器C 相差動保護動作,是因為C 相電流互感器退出飽和較晚,TA 退出飽和后速斷保護動作,保護本身動作正確。
本案例保護用TA是5P20,P 類電流互感器不特殊考慮暫態飽和問題,僅按通過互感器的最大穩態短路電流選用互感器,而對暫態飽和引起的誤差主要由保護裝置本身采取措施,防止可能出現的錯誤動作行為(誤動或拒動)。
電流互感器的等值電路如圖9所示。
圖9 電流互感器的等值電路