一起线路故障引发站内设备故障的多重电网故障分析

(国网四川省电力公司天府新区供电公司，四川 成都 610021)

0 引 言

继电保护装置能够在电网事故发生的第一时间隔离故障，并通过故障录波记录故障前后的电气量[1-2]，同时对故障录波的分析可以推演电网事故的发展过程，判断保护是否正确动作，再结合一次设备的故障情况可以验证分析的正确性。但针对复杂的电网事故，故障录波的细节会成为事故分析的关键。下面针对一起因35 kV线路发生单相接地故障而引发的多重故障进行详细的事故分析[3-7]。

1 事故简述

2018年3月16日23时12分，某110 kV变电站35 kV馈线速断保护动作，跳开线路断路器，同时3号主变压器比率差动保护动作，3号主变压器三侧103断路器、303断路器、903断路器跳闸。事故变电站主接线如图1所示。

图1 事故变电站主接线

1.1 事故前运行方式

该站为单母分段接线方式，有3条110 kV进线，事故前152断路器、153断路器处于运行状态，154断路器热备用。110 kV Ⅱ母、Ⅲ母并列运行，35 kVⅡ母、Ⅲ母并列运行，10 kV Ⅱ母、Ⅲ母硬连接与10 kV Ⅳ母分列运行。

1.2 事故现场及保护动作报告

巡视发现3号主变压器303断路器柜泄压板被冲开，断路器柜内有放电痕迹。停电后进柜检查发现303断路器B相CT炸裂。检修人员对CT二次接线进行了详细检查，接线正确，未发现二次回路开路情况。保护动作情况见表1。

表1 保护动作情况

2 事件原因分析

2.1 保护动作情况分析

35 kV线路保护故障波形如图2所示。从图中可见，仅有C相故障电流流过线路断路器CT。

图2 35 kV 352断路器保护故障录波

从保护动作时序上可以看出，35 kV某线路352断路器保护先于3号主变压器差动保护动作，故图2、图3无时间重叠。图4为35 kV 303断路器故障波形图。

图4中：A点为35 kV某处发生BC相接地短路的时刻；B点为某线路故障跳闸的时刻；C点为35 kV某处发生BC相间短路的时刻；在D点时发展为三相短路；E点为3号主变压器差动保护动作跳三侧断路器时刻。

图3 3号主变压器差动保护故障录波

图4 35 kV 303断路器故障波形

结合图2与图4分析AB段故障，电压波形一致(都是采用母线PT电压)但故障电流不一致，该线路仅有C相故障电流；但总路断路器存在B、C相故障电流且大小相等方向相反，符合相间短路特征。因此时仅有A相电压升高为线电压，B相电压几乎为0，C相仍为相电压，推断为B相接地、同时BC相间非金属性短路故障(B相接地时C相电压应上升为线电压，但由于BC相间非金属性短路产生压降)。由于35 kV为不接地系统，单相接地故障时不应该有故障电流。可以断定系统发生了BC相间故障，但B相故障电流没有流过该线路B相CT，仅有C相故障电流流过了该线路C相CT。由此推断C相故障点在该线路，B相故障点在该线路B相CT保护区外。

BC段因该线路跳闸后，变成B相单相接地故障，B相接地故障在主变压器差动保护动作后消失，说明B相单相接地故障点在303断路器靠主变压器侧，后现场检查发现303断路器B相CT炸裂，可推断此时的B相接地点就在此处。CD段由单相接地发展为BC相间短路，DE段由相间短路发展为三相短路故障。现场检查发现303断路器CT处三相均有灼烧痕迹，BC相更严重，即303断路器CT为DE段故障点。

将故障起始时刻波形放大，如图5所示，35 kV母线电压突变过程为：C相电压波形降低，而A、B相电压均有向线电压升高的短暂趋势，该趋势持续约0.5 ms，波形特征符合该线路C相接地故障导致A、B相电压升高；而B相电压出现峰值后迅速降低为0，这阶段的暂态电压波形特征符合303断路器B相CT绝缘击穿并接地。若先是303断路器B相CT接地，则暂态电压波形应该为B相电压降低、AC相电压升高，与实际波形不符合。所以可以推断是该线路C相先发生接地故障进而引起303断路器B相CT绝缘击穿并接地，导致BC相发生异地接地短路。

图5 故障起始时刻303断路器录波

表2 3号主变压器差动保护部分参数

注：变压器容量为50 MVA。

根据表2计算各侧额定电流：高压侧Ih=2.2 A,中压侧Im=3.1 A,低压侧Il=3.4 A。

综上分析，352断路器保护及3号主变压器差动保护均正确动作。

2.2 一次设备分析

该站3号主变压器303断路器柜为2012年3月生产，型号VED-40.5/1250-25，断路器柜内35 kV电流互感器同为2012年3月生产，型号LZZBJ9-35。

从35 kV 303断路器柜B相CT故障照片来看，CT内部存在多处气隙，且内部导体焊接处表面不光滑，未采取电场屏蔽处理措施，内部导体处附近的环氧树脂变色严重，疑为内部长期局部放电的结果。认定CT绝缘故障的主要原因为CT浇注工艺控制不当使内部形成多次气隙，且一次导体电场处理不均匀使其存在长期局部放电[9]。

图6 303断路器B相CT炸裂现场

4 结 语

1)该事故因35 kV某线路C相接地故障导致变电站内3号主变压器303断路器B相CT绝缘击穿并接地， BC相发生两点接地短路故障，该线路C相故障电流达到保护动作定值，保护正确动作跳开352断路器。3号主变压器303断路器B相CT因制造工艺问题，在线路故障时绝缘击穿发生接地故障并引发主变压器差动保护区外的相间短路，因CT受损故障电流波形畸变并达到差动保护定值导致3号主变压器差动保护出口。

2)事故CT生产工艺存在问题，内部长期局部放电，破坏本身绝缘水平。但在事故前一年的预试工作中，高压试验数据均正常，暴露出预试手段不足的缺点。

3)事故初始分析过程中，从波形图的电压量来看，疑似发生B相接地，但C相电压仍保持正常相电压水平，且电压异常的同时303断路器B、C相有故障电流，即单相接地故障电气特征在故障录波图上没有反映，给事故分析带来一些困扰。最终将起始时刻波形放大观察发现C相接地故障先持续约0.5 ms，再导致B相接地。

4)通过计算差流的方式证明了CT故障点在差动保护范围以外。