一起變壓器差動保護區外故障動作分析

栗磊,梁亞波，赫嘉楠

(國網寧夏電力有限公司電力科學研究院，寧夏 銀川 750011)

近年來,電流二次回路缺陷導致繼電保護誤動事件時有發生,已成為影響繼電保護可靠性的關鍵因素。電流二次回路是繼電保護重要組成部分,涉及電流互感器二次繞組、端子箱、二次電纜、接線端子、保護裝置內部采樣回路等, 具有接線復雜、環節較多、缺陷隱蔽等特點,其運行狀態直接關系到電流測量的準確性和保護動作的可靠性[1-3]。微機保護自檢功能在裝置內部故障判別方面已有成熟做法, 但對電流二次回路中性線斷線等缺陷識別尚無有效措施[4-6]。目前主要采取對二次回路接線的定期檢查、提高人員安全防范意識等管理手段來消除安全隱患。本文就一起變壓器差動保護區外誤動案例進行詳細分析，并提出對應的防范措施，以提高差動保護動作可靠性。

1 事故經過

2020-11-27 T 06:27:29 L1線發生B相接地故障，線路L1分相差動保護動作，接地距離I段動作，B相開關跳閘，由于重合閘功能未投，溝通三跳動作跳開三相開關，同時1號變壓器保護A屏差動保護動作，零差保護動作，1號變壓器三側開關跳閘，保護B屏啟動未動作。跳閘前全站負荷21.7萬kW，跳閘后負荷全部轉至2號變壓器供電，變電站所帶負荷未損失。

故障前變電站甲330 kV系統一次運行方式如圖1所示。

圖1 故障前330 kV變電站甲一次運行方式

2 保護動作情況

2.1 線路保護動作報文(重合閘未投)

表1 線路保護動作報文

2.2 變壓器保護動作報文

表2 變壓器保護動作報文

2.3 保護動作波形分析

從線路保護動作波形分析，如圖2所示，L1線路B相電流增大，電壓跌落，符合線路發生B相接地故障特征，故障持續50 ms左右，故障相電流6.4 A，保護正確動作切除故障。

(a)電流波形

與此同時，甲站1號變壓器保護A套差動保護及零序差動先后動作，跳開了變壓器三側開關，B套保護只有后備保護啟動信號，對比變壓器雙套保護裝置錄波分析，A套保護3320支路CT A相產生與B相方向相反，幅值相近的電流2.7 A，而變壓器B套保護3320支路只有故障B相電流2.7 A，1號變壓器保護A、B套保護3321支路CT 均只有B相電流增大，如圖3和圖4所示。

(a)3321支路電流波形

(a)3321支路電流波形

綜合現場及保護動作情況分析，系統內L1線路發生單相接地故障，線路保護正確動作切除故障，對于1號變壓器差動保護，應屬于區外故障，保護采集的故障電流為穿越性電流，不應產生差流，變壓器A套差動保護屬于誤動作,3320支路電流A相產生的異常電流是導致變壓器A套差動保護動作的直接原因，判斷3320CT支路電流回路存在異常缺陷。

3 事故原因分析

3.1 二次回路梳理檢查

針對保護動作波形的分析結論，技術人員對3320CT支路電流二次回路進行了重點梳理和檢查，最終發現變壓器A套差動保護用電流繞組中性線在3320CT端子箱處用絕緣膠布包裹，未接入對應的端子排，導致3320CT支路電流回路存在開路缺陷，如圖5所示。經查閱繼電保護現場工作記錄，確定為某次技改工作，施工單位所作二次安全措施未及時恢復，違反了文獻[7]中第6.1.2條關于二次安全措施執行及恢復相關規定。

圖5 變壓器A套保護電流回路

3.2 A相電流產生原因分析

如圖6所示，在電流互感器二次繞組中性線回路正常情況下，當系統發生單相接地故障時，故障相二次電流從電流互感器二次繞組極性端流出，經過保護裝置內部CT，從中性線返回電流互感器二次繞組非極性端，非故障相無異常電流通過。

圖6 CT二次繞組聯系

在電流互感器二次繞組中性線回路開路情況下，當系統發生單相接地故障時，故障相二次電流失去中性線返回通道，將產生高電壓施加于非故障相電流互感器二次回路上，需要非故障相互感器鐵芯中產生磁通變化量與之對應，進而引起鐵芯飽和，勵磁阻抗下降，導致故障相電流從非故障相電流返回，因此故障相電流與非故障相電流相位相反，如圖3(b)所示，非故障相A相電流相位與故障相B相完全相反，幅值基本相等,與上述分析結論基本一致。

3.3 中性線開路特點分析

正常情況下，交流電力系統為三相對稱運行，理想狀態下，三相負荷平衡，三相電流幅值相等，相位互差120°并滿足基爾霍夫電流定律，電流互感器中性線無電流通過[8]。系統實際運行中，通過儀表實際測試，三相電流幅值近似相等、相位基本對稱，電流互感器中性線有很小的不平衡電流通過[9-10]，但目前保護裝置的采樣精度還無法識別中性線是否斷線，在該起事故中，電流互感器繞組中性線持續開路將近1年，保護裝置未報電流異常信號，所以電流互感器二次繞組中性線開路后，沒有及時發現并處理是本次事故的間接原因。

4 防范措施

本文對該起案例的動作過程及原因進行了詳細的分析，針對電流互感器二次回路中性線斷線或接觸不良缺陷檢測提出如下防范措施：

(1)嚴格執行《繼電保護和電網安全自動裝置現場工作保安規定》的相關要求，開工前所作安全措施在工作結束前，按二次安全措施票順序逐項進行恢復，履行監護復核制度，杜絕安全措施遺漏現象，從源頭防范二次回路開路等缺陷。

(2)在三相負荷平衡，電流互感器中性線無電電流通過時，可采用在退出相關保護功能后，短接某相電流的方法(人為制造不平衡電流通過CT中性線)，檢測CT中性線接線是否正常。

(3)鑒于變壓器或母線保護裝置誤動后果嚴重，建議廠家改進電流二次回路檢測判據或提高裝置內部中性線小CT精度，提高保護自檢功能對CT中性線回路缺陷的判斷能力，在發生回路異常時能及時進行告警或閉鎖保護，提高保護動作可靠性。