一起線路故障引發(fā)站內(nèi)設(shè)備故障的多重電網(wǎng)故障分析

(國(guó)網(wǎng)四川省電力公司天府新區(qū)供電公司，四川 成都 610021)

0 引 言

繼電保護(hù)裝置能夠在電網(wǎng)事故發(fā)生的第一時(shí)間隔離故障，并通過(guò)故障錄波記錄故障前后的電氣量[1-2]，同時(shí)對(duì)故障錄波的分析可以推演電網(wǎng)事故的發(fā)展過(guò)程，判斷保護(hù)是否正確動(dòng)作，再結(jié)合一次設(shè)備的故障情況可以驗(yàn)證分析的正確性。但針對(duì)復(fù)雜的電網(wǎng)事故，故障錄波的細(xì)節(jié)會(huì)成為事故分析的關(guān)鍵。下面針對(duì)一起因35 kV線路發(fā)生單相接地故障而引發(fā)的多重故障進(jìn)行詳細(xì)的事故分析[3-7]。

1 事故簡(jiǎn)述

2018年3月16日23時(shí)12分，某110 kV變電站35 kV饋線速斷保護(hù)動(dòng)作，跳開(kāi)線路斷路器，同時(shí)3號(hào)主變壓器比率差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，3號(hào)主變壓器三側(cè)103斷路器、303斷路器、903斷路器跳閘。事故變電站主接線如圖1所示。

圖1 事故變電站主接線

1.1 事故前運(yùn)行方式

該站為單母分段接線方式，有3條110 kV進(jìn)線，事故前152斷路器、153斷路器處于運(yùn)行狀態(tài)，154斷路器熱備用。110 kV Ⅱ母、Ⅲ母并列運(yùn)行，35 kVⅡ母、Ⅲ母并列運(yùn)行，10 kV Ⅱ母、Ⅲ母硬連接與10 kV Ⅳ母分列運(yùn)行。

1.2 事故現(xiàn)場(chǎng)及保護(hù)動(dòng)作報(bào)告

巡視發(fā)現(xiàn)3號(hào)主變壓器303斷路器柜泄壓板被沖開(kāi)，斷路器柜內(nèi)有放電痕跡。停電后進(jìn)柜檢查發(fā)現(xiàn)303斷路器B相CT炸裂。檢修人員對(duì)CT二次接線進(jìn)行了詳細(xì)檢查，接線正確，未發(fā)現(xiàn)二次回路開(kāi)路情況。保護(hù)動(dòng)作情況見(jiàn)表1。

表1 保護(hù)動(dòng)作情況

2 事件原因分析

2.1 保護(hù)動(dòng)作情況分析

35 kV線路保護(hù)故障波形如圖2所示。從圖中可見(jiàn)，僅有C相故障電流流過(guò)線路斷路器CT。

圖2 35 kV 352斷路器保護(hù)故障錄波

從保護(hù)動(dòng)作時(shí)序上可以看出，35 kV某線路352斷路器保護(hù)先于3號(hào)主變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，故圖2、圖3無(wú)時(shí)間重疊。圖4為35 kV 303斷路器故障波形圖。

圖4中：A點(diǎn)為35 kV某處發(fā)生BC相接地短路的時(shí)刻；B點(diǎn)為某線路故障跳閘的時(shí)刻；C點(diǎn)為35 kV某處發(fā)生BC相間短路的時(shí)刻；在D點(diǎn)時(shí)發(fā)展為三相短路；E點(diǎn)為3號(hào)主變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳三側(cè)斷路器時(shí)刻。

圖3 3號(hào)主變壓器差動(dòng)保護(hù)故障錄波

圖4 35 kV 303斷路器故障波形

結(jié)合圖2與圖4分析AB段故障，電壓波形一致(都是采用母線PT電壓)但故障電流不一致，該線路僅有C相故障電流；但總路斷路器存在B、C相故障電流且大小相等方向相反，符合相間短路特征。因此時(shí)僅有A相電壓升高為線電壓，B相電壓幾乎為0，C相仍為相電壓，推斷為B相接地、同時(shí)BC相間非金屬性短路故障(B相接地時(shí)C相電壓應(yīng)上升為線電壓，但由于BC相間非金屬性短路產(chǎn)生壓降)。由于35 kV為不接地系統(tǒng)，單相接地故障時(shí)不應(yīng)該有故障電流。可以斷定系統(tǒng)發(fā)生了BC相間故障，但B相故障電流沒(méi)有流過(guò)該線路B相CT，僅有C相故障電流流過(guò)了該線路C相CT。由此推斷C相故障點(diǎn)在該線路，B相故障點(diǎn)在該線路B相CT保護(hù)區(qū)外。

BC段因該線路跳閘后，變成B相單相接地故障，B相接地故障在主變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作后消失，說(shuō)明B相單相接地故障點(diǎn)在303斷路器靠主變壓器側(cè)，后現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)303斷路器B相CT炸裂，可推斷此時(shí)的B相接地點(diǎn)就在此處。CD段由單相接地發(fā)展為BC相間短路，DE段由相間短路發(fā)展為三相短路故障。現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)303斷路器CT處三相均有灼燒痕跡，BC相更嚴(yán)重，即303斷路器CT為DE段故障點(diǎn)。

將故障起始時(shí)刻波形放大，如圖5所示，35 kV母線電壓突變過(guò)程為：C相電壓波形降低，而A、B相電壓均有向線電壓升高的短暫趨勢(shì)，該趨勢(shì)持續(xù)約0.5 ms，波形特征符合該線路C相接地故障導(dǎo)致A、B相電壓升高；而B(niǎo)相電壓出現(xiàn)峰值后迅速降低為0，這階段的暫態(tài)電壓波形特征符合303斷路器B相CT絕緣擊穿并接地。若先是303斷路器B相CT接地，則暫態(tài)電壓波形應(yīng)該為B相電壓降低、AC相電壓升高，與實(shí)際波形不符合。所以可以推斷是該線路C相先發(fā)生接地故障進(jìn)而引起303斷路器B相CT絕緣擊穿并接地，導(dǎo)致BC相發(fā)生異地接地短路。

圖5 故障起始時(shí)刻303斷路器錄波

表2 3號(hào)主變壓器差動(dòng)保護(hù)部分參數(shù)

注：變壓器容量為50 MVA。

根據(jù)表2計(jì)算各側(cè)額定電流：高壓側(cè)Ih=2.2 A,中壓側(cè)Im=3.1 A,低壓側(cè)Il=3.4 A。

綜上分析，352斷路器保護(hù)及3號(hào)主變壓器差動(dòng)保護(hù)均正確動(dòng)作。

2.2 一次設(shè)備分析

該站3號(hào)主變壓器303斷路器柜為2012年3月生產(chǎn)，型號(hào)VED-40.5/1250-25，斷路器柜內(nèi)35 kV電流互感器同為2012年3月生產(chǎn)，型號(hào)LZZBJ9-35。

從35 kV 303斷路器柜B相CT故障照片來(lái)看，CT內(nèi)部存在多處氣隙，且內(nèi)部導(dǎo)體焊接處表面不光滑，未采取電場(chǎng)屏蔽處理措施，內(nèi)部導(dǎo)體處附近的環(huán)氧樹(shù)脂變色嚴(yán)重，疑為內(nèi)部長(zhǎng)期局部放電的結(jié)果。認(rèn)定CT絕緣故障的主要原因?yàn)镃T澆注工藝控制不當(dāng)使內(nèi)部形成多次氣隙，且一次導(dǎo)體電場(chǎng)處理不均勻使其存在長(zhǎng)期局部放電[9]。

圖6 303斷路器B相CT炸裂現(xiàn)場(chǎng)

4 結(jié) 語(yǔ)

1)該事故因35 kV某線路C相接地故障導(dǎo)致變電站內(nèi)3號(hào)主變壓器303斷路器B相CT絕緣擊穿并接地， BC相發(fā)生兩點(diǎn)接地短路故障，該線路C相故障電流達(dá)到保護(hù)動(dòng)作定值，保護(hù)正確動(dòng)作跳開(kāi)352斷路器。3號(hào)主變壓器303斷路器B相CT因制造工藝問(wèn)題，在線路故障時(shí)絕緣擊穿發(fā)生接地故障并引發(fā)主變壓器差動(dòng)保護(hù)區(qū)外的相間短路，因CT受損故障電流波形畸變并達(dá)到差動(dòng)保護(hù)定值導(dǎo)致3號(hào)主變壓器差動(dòng)保護(hù)出口。

2)事故CT生產(chǎn)工藝存在問(wèn)題，內(nèi)部長(zhǎng)期局部放電，破壞本身絕緣水平。但在事故前一年的預(yù)試工作中，高壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)均正常，暴露出預(yù)試手段不足的缺點(diǎn)。

3)事故初始分析過(guò)程中，從波形圖的電壓量來(lái)看，疑似發(fā)生B相接地，但C相電壓仍保持正常相電壓水平，且電壓異常的同時(shí)303斷路器B、C相有故障電流，即單相接地故障電氣特征在故障錄波圖上沒(méi)有反映，給事故分析帶來(lái)一些困擾。最終將起始時(shí)刻波形放大觀察發(fā)現(xiàn)C相接地故障先持續(xù)約0.5 ms，再導(dǎo)致B相接地。

4)通過(guò)計(jì)算差流的方式證明了CT故障點(diǎn)在差動(dòng)保護(hù)范圍以外。