35 kV 不接地系統(tǒng)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)故障TA飽和波形分析

張全元 ，莊進(jìn)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(tuán)有限公司，江蘇 南通 226000; 3. 武漢理工大學(xué)，湖北 武漢 430070）

1 故障的基本情況

某年11月28日00:24:01，某110 kV變電站值班人員發(fā)現(xiàn)照明燈閃爍，幾乎同時(shí)聽(tīng)見(jiàn)35 kV開(kāi)關(guān)室內(nèi)爆炸聲，緊接著監(jiān)控后臺(tái)報(bào)警“1#主變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作”“線路318過(guò)流保護(hù)動(dòng)作”。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)318線路B相電流互感器爆炸開(kāi)裂，1#主變壓器外觀、溫度、瓦斯繼電器、油位均無(wú)異常，判斷1號(hào)主變差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作跳主變壓器兩側(cè)斷路器。

系統(tǒng)接線如圖1所示，熱電2#線經(jīng)311聯(lián)絡(luò)斷路器并入35 kV 1#母線。

圖1 系統(tǒng)接線方式圖

110 kV 主變壓器差動(dòng)保護(hù)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(guò)流取318斷路器TA（5P20）。

2 故障錄波器電壓波形分析

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(xiàn)故障，Ⅱ電壓正常，此站2臺(tái)主變壓器分低壓分裂運(yùn)行。

故障前約75 ms 電壓出現(xiàn)畸變， A相電壓明顯升高，B 、C 兩相電壓也略有升高，時(shí)間約50 ms，三相電壓均發(fā)生畸變，之后三相電壓有個(gè)明顯的暫態(tài)尖頂波，應(yīng)該是有放電現(xiàn)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(fā)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(shè)備放電到斷路器三相跳閘時(shí)間約150 ms，A、B兩相故障時(shí)間約85 ms。

在故障時(shí)由于 3U0很小，圖2沒(méi)有顯示（專用故障錄波器取TV 開(kāi)口三角 3U0）。波形記錄35 kVⅡ母線電壓正常。

3 主變壓器差動(dòng)保護(hù)電流波形分析

主變壓器差動(dòng)保護(hù)電流波形如圖3～6所示。高壓側(cè)與低壓側(cè)電流經(jīng)過(guò)微機(jī)保護(hù)換算后大小相等，沒(méi)有出現(xiàn)差流（A、B兩相只有不平衡電流）。

圖3 變壓器差動(dòng)保護(hù)A 相電流波形圖

圖4 變壓器差動(dòng)保護(hù)B相電流波形圖

圖5在第二個(gè)周波低壓TA出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，高、低壓電流之差出現(xiàn)了差流，如圖5中黑色波形，引起比率差動(dòng)保護(hù)出口（低定值），跳主變壓器兩側(cè)斷路器。

圖5 變壓器差動(dòng)保護(hù)C相電流波形圖

圖6 變壓器差動(dòng)保護(hù)C相差流波形圖

4 318線路開(kāi)關(guān)柜內(nèi)故障波形分析

故障線路318開(kāi)關(guān)柜內(nèi)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(gè)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(xiàn)了負(fù)的直流分量，電壓波形向橫坐標(biāo)下移，這個(gè)時(shí)間在圖7中看不出來(lái)；

過(guò)電壓階段，由圖7可知過(guò)電壓時(shí)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(shuō)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(méi)有零序，屬于三相對(duì)稱性短路；

線路速斷過(guò)流保護(hù)動(dòng)作，斷路器三相跳閘后，C 相電壓首先恢復(fù)，說(shuō)明C 相是首開(kāi)相（與故障錄波器相同），C 相約提前7 ms，三相電壓出現(xiàn)了負(fù)的直流分量，電壓波形向橫坐標(biāo)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(guò)流保護(hù)TA B 相比變壓器差動(dòng)C 相低壓側(cè)TA 飽和時(shí)間長(zhǎng)，在變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作后，站內(nèi)自備發(fā)電機(jī)繼續(xù)向故障點(diǎn)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(guò)流出口跳閘。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)分析本開(kāi)關(guān)柜有電弧爆炸痕跡，柜頂鼓起，B 相電流互感器外絕緣出現(xiàn)了故障，二次線絕緣也有損壞，其他2個(gè)故障點(diǎn)在電流互感器前（靠近母線），所以故障時(shí)測(cè)不到故障電流。

5 主變差動(dòng)和線路速斷過(guò)流動(dòng)作順序分析

由圖5和圖7可知，故障時(shí)變壓器低壓側(cè)電流互感器飽和時(shí)間先于低壓側(cè)線路C相電流互感器退出飽和時(shí)間，因此變壓器差動(dòng)保護(hù)優(yōu)先于低壓線路速斷過(guò)流保護(hù)動(dòng)作。因本站有自備發(fā)電機(jī)，變壓器兩側(cè)斷路器跳閘后，發(fā)動(dòng)機(jī)繼續(xù)向故障點(diǎn)提供短路電流，因此線路速斷過(guò)流C 相在電流互感器退出飽和后動(dòng)作，從而切除故障[1-2]。

此故障在該變電站發(fā)生過(guò)2次，都與低壓側(cè)電流互感器勵(lì)磁特性有關(guān)，經(jīng)分析對(duì)該型號(hào)的電流互感器進(jìn)行了全面更換。

6 故障誤動(dòng)動(dòng)作過(guò)程

35 kV 不接地系統(tǒng)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)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(dòng)保護(hù)動(dòng)作→跳主變壓器兩側(cè)斷路器→自備電廠繼續(xù)向故障點(diǎn)提供短路電流→線路速斷保護(hù)動(dòng)作→條318線路斷路器。

變壓器C 相差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作原因是C 相TA 保護(hù)引起，保護(hù)有差流，保護(hù)本生動(dòng)作正確。

318線路電流速斷晚于變壓器C 相差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，是因?yàn)镃 相電流互感器退出飽和較晚，TA 退出飽和后速斷保護(hù)動(dòng)作，保護(hù)本身動(dòng)作正確。

本案例保護(hù)用TA是5P20，P 類電流互感器不特殊考慮暫態(tài)飽和問(wèn)題，僅按通過(guò)互感器的最大穩(wěn)態(tài)短路電流選用互感器，而對(duì)暫態(tài)飽和引起的誤差主要由保護(hù)裝置本身采取措施，防止可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤動(dòng)作行為（誤動(dòng)或拒動(dòng)）。

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