一起區外故障引起主變差動保護動作事故的事故分析

國網湖北省電力公司檢修公司 黃瑤玲 吳 萍 鄭 華 戴 迪 劉 潯

一起區外故障引起主變差動保護動作事故的事故分析

國網湖北省電力公司檢修公司 黃瑤玲 吳 萍 鄭 華 戴 迪 劉 潯

本文分析了一起主變中壓側線路近區發現單相接地故障，線路保護動作重合成功，而主變差動保護動作主變跳閘的事件。由于主變的抗短路能力不足，引起主變內部故障，發生主變跳閘的事件，筆者通過對事故過程進行詳細的梳理和分析，查找出故障原因，提出了改進措施和整改建議。

主變保護；短路能力；區外故障

1 事件經過及故障前運行工況

2016年8月25日16點18分37秒454毫秒，龍泉換流站220kV龍灣II線A相故障，故障持續22ms后線路保護動作，18分37秒537毫秒故障切除。龍灣II線A相故障故障切除前，#2主變壓力釋放、本體重瓦斯、分接頭瓦斯和電氣量保護相繼動作，18分37秒568毫秒主變三側開關三相跳開。

故障前500kV龍泉換流站三龍、龍斗I、II、III線及盤龍I、II線運行正常，500kV 交流#1、#2主變并列運行。220kV系統#3及#5母線帶龍灣I線、#1主變中壓側運行正常；#4母線帶龍灣II線、2#主變中壓側運行正常，主接線圖見圖1。

故障時龍泉換流站所在地為雷暴雨天氣，在此期間，220龍灣Ⅱ線遭雷擊跳閘，重合成功，測距裝置顯示距龍泉換流站0.6公里。

圖1 2#主變接線圖

2 現場數據及分析

龍灣II線兩套保護裝置顯示：2016年8月25日16點18分37秒476毫秒，差動保護動作，重合閘動作。從保護裝置動作報告來看，16點18分37秒220kV龍灣II線發生近區故障，最大故障電流約為55.6kA，故障持續60ms，線路保護跳閘，后經789ms龍灣II線線路重合成功。

2#主變兩套保護裝置顯示：2016年8月25日16點18分37秒，縱差差動速斷動作，跳高、中、低壓側。保護動作計算分析如下：

故障后40ms內，#2主變高壓側A相故障電流達0.77×4000A。從#2主變二套差動保護動作報告可以看出，故障后40ms期間，差動保護裝置檢測到的差動電流及制動電流：

差動電流IDA=1.422A，制動電流IA==1.80A，比率差動動作門檻值Icdqd=0.5*Ie=1.81A。

故障后差動電流小于動作門檻值和制動電流，差動保護不會動作。

從#2主變兩套差動保護動作報告可以看出，故障持續60ms后，高壓側與低壓側A相故障電流相位發生改變，故障電流幅值也大幅增加，表明故障性質發生了轉換。保護裝置檢測到的差動電流為30.90Ie，差動速斷動作門檻值Icdqd=0.5*Ie。

差動電流大于差動速斷動作門檻，差動速斷保護動作。

故障錄波數據見圖2。

龍灣II線故障啟動約23ms，#2主變高壓側A相故障電流最大值達10.77kA，中壓側故障電流最大約27.85kA。故障啟動后60ms，#2主變中壓側A相故障電流相位發生改變，高壓側故障電流幅值大幅增加，表明故障性質發生了轉換，此時#2主變高壓側A相故障電流最大值約47kA，中壓側故障電流最大值8kA。#2主變差動保護動作，跳開主變三側開關。

3 故障過程及原因分析

3.1 故障過程

依據保護跳閘事件和監控后臺事件記錄，事件動作時序圖如圖3所示。

圖2

圖3

3.2 一次設備故障初步分析

#2主變A相變壓器高壓套管破裂，變壓器身明顯變形,變壓器3號冷卻器底部管道斷裂，變壓器油外泄，外部未見明顯放電、燒蝕痕跡。#2主變B、C相變壓器外觀檢查無異常，站內其它設備無異常。對#2主變進行A相油色譜分析，發現油色譜中總烴16450pm、乙炔5752 ppm、乙烯6523ppm，氫2737 ppm,均嚴重超標，分析為主變內部電弧放電兼過熱。

3.3 設備故障原因分析

故障初期，220kV系統由于區外發生雷擊故障，導致龍泉站220kV母線A相電壓下降，#2主變差動保護檢測到穿越性故障電流，在220kV系統故障切除后，220kV母線A相電壓恢復，隨后，#2主變發生區內故障，220kV母線A相電壓再次下降，#2主變差動保護檢測到很大的差動電流，動作后切除#2主變，保護動作正確，2#主變故障是由區外雷擊故障穿越后最終導致損壞造成。

后經現場檢查試驗及查閱歷次檢修試驗情況，初步分析主變損壞原因是：220千伏龍灣Ⅱ線A相遭雷擊閃絡，故障點距龍泉變0.6公里，線路單相接地故障最大峰值電流約55.6kA,引起#2主變中壓側故障最大峰值電流約27.85kA，高壓側故障最大峰值電流約10.77kA,持續時間51毫秒。本年度對#2主變抗短路能力進行了校核，中壓側抗短路能力24.48kA，高壓側抗短路能力10.76kA，均遠低于國標要求。線路故障時#2主變中壓側最大峰值電流超過其抗短路能力，高壓側最大峰值電流與其極限抗短路能力一致。在線路故障電流沖擊下，變壓器內部繞組變形，進而發展為內部短路，短路電流的沖擊導致油箱變形，套管破裂。

4 結論

此次事故充分暴露出主變本身設計的抗短路能力不足，導致區外故障，引起主變差動跋扈動作，主變跳閘事件。隨著系統結構發生變化和設備的老化，主變抗短路能力相應發生變化，建議對主變的抗短路能力進行重新核算，陸續改造為滿足要求的變壓器，為換流站安全穩定運行提供保障。