35 kV 不接地系統開關柜內故障TA飽和波形分析

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）

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）。

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。

3 主變壓器差動保護電流波形分析

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

4 318線路開關柜內故障波形分析

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。

5 主變差動和線路速斷過流動作順序分析

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。

6 故障誤動動作過程

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