35 kV 不接地系统开关柜内故障TA饱和波形分析

张全元 ，庄进明 ，亢歆童

（1. 湖北电力有限公司超高压公司，湖北 武汉 430050; 2. 江山化工集团有限公司，江苏 南通 226000; 3. 武汉理工大学，湖北 武汉 430070）

1 故障的基本情况

某年11月28日00:24:01，某110 kV变电站值班人员发现照明灯闪烁，几乎同时听见35 kV开关室内爆炸声，紧接着监控后台报警“1#主变压器差动保护动作”“线路318过流保护动作”。经现场检查发现318线路B相电流互感器爆炸开裂，1#主变压器外观、温度、瓦斯继电器、油位均无异常，判断1号主变差动保护误动作跳主变压器两侧断路器。

系统接线如图1所示，热电2#线经311联络断路器并入35 kV 1#母线。

图1 系统接线方式图

110 kV 主变压器差动保护电流量高压取714断路器TA（5P20）、低压取301断路器TA（5P20），318出线速断过流取318断路器TA（5P20）。

2 故障录波器电压波形分析

故障录波器电压波形如图2所示。

图2 故障录波器电压波形图

波形记录35 kV Ⅰ、Ⅱ母线电压波形，Ⅰ电压出现故障，Ⅱ电压正常，此站2台主变压器分低压分裂运行。

故障前约75 ms 电压出现畸变， A相电压明显升高，B 、C 两相电压也略有升高，时间约50 ms，三相电压均发生畸变，之后三相电压有个明显的暂态尖顶波，应该是有放电现象，A 相电压为零， B相电压有放电波形，随后B 相电压为零，发生了A、B两相故障，约30 ms 后C 相电压为零，形成三相短路。从设备放电到断路器三相跳闸时间约150 ms，A、B两相故障时间约85 ms。

在故障时由于 3U0很小，图2没有显示（专用故障录波器取TV 开口三角 3U0）。波形记录35 kVⅡ母线电压正常。

3 主变压器差动保护电流波形分析

主变压器差动保护电流波形如图3～6所示。高压侧与低压侧电流经过微机保护换算后大小相等，没有出现差流（A、B两相只有不平衡电流）。

图3 变压器差动保护A 相电流波形图

图4 变压器差动保护B相电流波形图

图5在第二个周波低压TA出现饱和现象，高、低压电流之差出现了差流，如图5中黑色波形，引起比率差动保护出口（低定值），跳主变压器两侧断路器。

图5 变压器差动保护C相电流波形图

图6 变压器差动保护C相差流波形图

4 318线路开关柜内故障波形分析

故障线路318开关柜内故障波形如图7、图8所示。图7故障线路318电压波形可分为5个阶段：

图7 故障线路318电压波形图

图8 故障线路318电流波形图

第一阶段前36 ms，三相电压出现了负的直流分量，电压波形向横坐标下移，这个时间在图7中看不出来；

过电压阶段，由图7可知过电压时间约为50 ms，与故障录波器电压相同，A 相电压高于B、C 两相；

A、B 相间短路，并且有很小的 3U0，说明是两相接地短路；

三相短路，A、B 两相接地短路约30 ms后三相短路，几乎没有零序，属于三相对称性短路；

线路速断过流保护动作，断路器三相跳闸后，C 相电压首先恢复，说明C 相是首开相（与故障录波器相同），C 相约提前7 ms，三相电压出现了负的直流分量，电压波形向横坐标下移。

故障线路B相电流分析。由图8与图5可知，线路速断过流保护TA B 相比变压器差动C 相低压侧TA 饱和时间长，在变压器差动保护动作后，站内自备发电机继续向故障点提供短路电流，TA 饱和约50 ms后退出饱和，大约10 ms后TA又饱和，大约15 ms后TA 再次退出饱和，线路速断过流出口跳闸。

根据现场分析本开关柜有电弧爆炸痕迹，柜顶鼓起，B 相电流互感器外绝缘出现了故障，二次线绝缘也有损坏，其他2个故障点在电流互感器前（靠近母线），所以故障时测不到故障电流。

5 主变差动和线路速断过流动作顺序分析

由图5和图7可知，故障时变压器低压侧电流互感器饱和时间先于低压侧线路C相电流互感器退出饱和时间，因此变压器差动保护优先于低压线路速断过流保护动作。因本站有自备发电机，变压器两侧断路器跳闸后，发动机继续向故障点提供短路电流，因此线路速断过流C 相在电流互感器退出饱和后动作，从而切除故障[1-2]。

此故障在该变电站发生过2次，都与低压侧电流互感器励磁特性有关，经分析对该型号的电流互感器进行了全面更换。

6 故障误动动作过程

35 kV 不接地系统开关柜内故障→变压器35 kV C相TA、318线路B 相TA饱和→110 kV变压器差动保护动作→跳主变压器两侧断路器→自备电厂继续向故障点提供短路电流→线路速断保护动作→条318线路断路器。

变压器C 相差动保护动作原因是C 相TA 保护引起，保护有差流，保护本生动作正确。

318线路电流速断晚于变压器C 相差动保护动作，是因为C 相电流互感器退出饱和较晚，TA 退出饱和后速断保护动作，保护本身动作正确。

本案例保护用TA是5P20，P 类电流互感器不特殊考虑暂态饱和问题，仅按通过互感器的最大稳态短路电流选用互感器，而对暂态饱和引起的误差主要由保护装置本身采取措施，防止可能出现的错误动作行为（误动或拒动）。

电流互感器的等值电路如图9所示。

图9 电流互感器的等值电路