一起隔離開關接觸不良引起的TA斷線故障分析及處理

宋金根，王 一，顧水平，呂旭東，黃 超，楊 躍

（國網浙江省電力有限公司檢修分公司，杭州 311232）

0 引言

2017年3月起，某500 kV變電站出現了多次偶發的、短時間內自動復歸的斷路器保護TA（電流互感器）斷線告警。電流采集回路是繼電保護裝置的最重要回路之一，保護通過采集到的二次電流進行故障判別，如果電流回路出現異常，保護將出現不正確動作行為，從而嚴重影響電網運行安全[1]。TA斷線報警是繼電保護裝置必備的一個功能，它通過零序電流越限或者差流越限判據，檢測設備電流回路的異常運行情況[2-4]。諸多文獻及現場案例表明TA斷線報警一般是由于電流互感器二次回路的短路、二次電纜絕緣低、電流中性點接地不良、保護裝置采樣板故障等原因引起，更多歸于二次設備缺陷[5-12]。

以下分析的事件由繼電保護裝置的TA斷線告警引發，通過收集、比較、分析保護裝置、后臺監控信息及二次回路電流實測值，并通過PSCAD（電磁暫態仿真軟件）仿真計算后，得出此次保護裝置的TA斷線告警并不是由于二次設備缺陷引起，而是發生了一次設備斷線。分析表明，傳統的繼電保護裝置作用不僅是在事故跳閘后隔離故障，還能通過一些異常告警及早發現一次設備的隱患。諸多文獻介紹了通過電流、電壓二次采樣值的異常來發現流變、壓變等采樣回路中的缺陷或隱患[13-15]，但這些文獻介紹的研究都僅針對單間隔且單一的電流或電壓采樣回路進行分析，而且發現的隱患也往往局限在出現異常的采樣回路上。以下綜合利用了保護、測控、回路檢測等多源二次設備信息，通過對信息進行整合、比較并挖掘特征值后，發現了非采樣回路的一次設備隱患。研究表明通過充分、有效利用傳統二次設備信息，可挖掘出更多的一次設備隱患。

1 二次設備信息采集及分析

1.1 保護異常電流記錄

2017年3月，某500 kV變電站后臺監控發現5011斷路器保護、5012斷路器保護的TA（電流互感器）斷線告警光字亮，持續大約10 min后告警自行復歸。3天后，同樣的告警信息又出現，短時后又自動復歸。500 kV變電站采用3/2接線，主接線如圖1所示。

圖1 事發變電站主接線

5011斷路器保護、5012斷路器保護TA斷線告警發出后，二次檢修人員通過調取保護記錄，發現異常記錄如下：

（1）3月 6日 11∶10左右，5011斷路器保護、5012斷路器保護報TA斷線，電流采樣如表1所示。可見，5011斷路器C相電流由350 A突降為0 A，5012斷路器C相電流由80 A突增為420 A。

（2）3 月 9 日 11∶00 左右， 5011 斷路器保護、5012斷路器保護再次報TA斷線告警，此時相關保護電流采樣如表2所示。

表1 3月6日斷路器保護電流值（一次值）A

表2 3月9日斷路器保護電流值（一次值）A

5011斷路器C相電流由280 A突降為0 A，5012斷路器C相電流由300 A突增為580 A，5013斷路器C相電流由280 A突增為560 A。

根據上述電流異常期間保護采樣值記錄，分析導致保護異常告警原因為：5011斷路器保護C相電流突變為0 A，且零序電流達到TA斷線告警定值并觸發告警，故5011斷路器保護裝置告警行為正確；同時，5012斷路器保護C相電流增大，增大值恰好等于5011斷路器C相電流減小值，且零序電流達到TA斷線告警定值并觸發告警，故5012斷路器保護裝置告警行為正確。在電流異常期間，5011斷路器與5012斷路器C相電流總和不變，即圖1中1號主變所帶C相負荷并未變化，1號主變保護未告警。

1.2 后臺潮流記錄

調取站內C相電流異常期間后臺的有功數值記錄，如圖2—3所示。

圖2 3月6日站內電流異常期間有功曲線

圖3 3月9日站內電流異常期間有功曲線

可見站內TA異常告警期間，所有線路和主變的有功均未見異常波動。

1.3 二次回路電流檢查

3月6日TA異常告警期間，二次檢修人員在電流互感器端子箱用鉗形電流表鉗得電流二次值如表3所示。

表3 電流異常期間部分斷路器電流值mA

可見TA異常告警期間，幾乎全站所有斷路器C相電流都發生了變化，且第一串斷路器電流變化最大，站內電流分布如圖4所示。

圖4 電流異常期間站內電流分布

進一步用鉗形電流表測量5011斷路器、5012斷路器流變所有二次繞組電流值，如表4所示。

可見站內電流異常期間，5011斷路器和5012斷路器TA的所有二次繞組均出現同一表征的C相電流異常。電流異常恢復后，5011斷路器C相電流恢復為88.5 mA，A，B，C三相電流平衡。

2 站內電流異常分布分析

2.1 系統潮流波動分析

站內電流異常期間，1號主變三相電流基本平衡，1號主變保護未報任何異常信號，且站內其他出線及主變保護也未見任何異常。根據圖2和圖3，站內C相電流異常期間變電站各線路和主變的有功數值未出現跳變。據此分析，站內電流異常期間，系統潮流三相平衡，未有異常波動。故站內電流異常不是由于外系統不平衡引起。

2.2 二次回路異常分析

（1）一般的TA二次回路僅在和電流的N相存在一點接地，不存在TA二次回路全站直接連通的情況，而本次站內電流異常期間，多個斷路器C相電流均出現異常，而這些斷路器二次電流回路均是獨立的。

（2）C相電流異常期間檢查5011斷路器和5012斷路器TA的所有二次繞組，各繞組均出現同一的C相電流異常，如表4所示。

根據以上分析，本次站內電流異常不是由于TA二次回路缺陷引起的，也與二次設備異常無關。

2.3 站內C相電流異常初步判斷

根據表1—4分析，電流出現異常期間5011斷路器C相電流變為0 A，5012斷路器C相電流增大，增加值等于異常前5011斷路器C相電流，即1號主變C相負荷均轉移到5012支路。并且其他幾串斷路器C相電流也發生了變化，且隨著離第一串距離越遠變化越小。變化最大的第一串斷路器保護出現了電流異常告警：5011，5012斷路器保護報TA斷線告警。

根據以上這些現象可以判斷，導致站內電流異常的原因在于5011斷路器C相所在間隔一次設備（包括5011斷路器、50111隔離開關、50112隔離開關、5011斷路器流變）出現了異常，如圖5圈內所示區域。該圈內設備可能發生了短時的、不穩定的一次回路斷線情況，導致整個站內C相電流分布短時改變。

表4 5011，5012斷路器TA二次繞組電流測量值

圖5 疑似出現異常區域

3 仿真分析

為了進一步佐證2.3節的分析結果，用PSCAD仿真軟件對變電站C相電流異常前后站內斷路器電流分布進行仿真計算，仿真波形如圖6所示。

圖6 PSCAD仿真波形

通過表5可見，仿真計算5011斷路器C相間隔某一部分（包括5011斷路器、50111隔離開關、50112隔離開關、5011斷路器流變）發生一次斷線后，各斷路器電流分布變化趨勢與表1—4記錄得到的電流變化趨勢一致。

4 一次設備檢查情況

根據二次專業的分析建議，一次專業現場檢查，發現1號主變50111隔離開關C相存在間歇性放電異響，檢查發現1號主變50111隔離開關C相導電臂支座鋁材氧化開裂，50111隔離開關C相動、靜觸頭間有空隙，右側單邊接觸、左側未接觸，造成動靜觸頭之間接觸電阻增大，長時間放電，觸指電蝕嚴重，形成大面積損傷，已經無法繼續運行，如圖7所示，檢查發現5011斷路器電流變化和現場放電現象保持高度一致；現場放電和現場外力（如風力）擾動也保持一致。

表5 5011斷路器C相斷開前后各斷路器C相電流變化

圖7 支座鋁材氧化開裂

50111 C相隔離開關接觸不良時，一旦圖1中的線1發生故障，將會有大故障電流流過50111隔離開關，由于C相觸指接觸不良，輕者將會造成觸指發熱，重者造成隔離開關觸頭嚴重過流融化，造成母線接地。同時若5012斷路器因故分閘，1號主變C相電流變為0，主變三側出現零序電流，主變保護可能動作跳開1號主變。因站內220 kV合環運行，C相負荷全部轉移到4號主變，4號主變也可能因零序電流過大造成保護動作跳閘，從而導致全站失電。

5 結語

介紹了一起由繼電保護裝置TA斷線告警發現的隔離開關開裂隱患。TA斷線告警作為保護裝置的一項重要自檢功能，往往預示著電流二次回路的異常，但是該案例通過綜合分析站內多個保護二次電流、后臺潮流記錄和二次回路電流值后，排除了保護裝置電流二次回路異常的可能性，并通過PSCAD仿真計算加以佐證，判斷保護TA斷線告警是由站內5011斷路器間隔C相一次回路斷線引起的。根據二次專業結論，一次專業現場檢查發現了50111隔離開關C相動靜觸頭無法可靠接觸，已難以繼續運行。該隱患的發現有效避免了一起全站失電事故的發生。

繼電保護設備被稱為電網的哨兵，一般認為它的作用僅在于一次設備故障發生之后的故障快速隔離。通過該事件，繼電保護裝置的能力并不局限于此，它亦可作為一次設備隱患的偵察兵。通過對多源保護裝置、測控等的二次電流和電壓波形、頻率等二次大數據進行在線監測、特征挖掘與綜合研判，能夠及時發現一次設備的安全隱患，變事后處理為事前預防，防事故于未然。

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