一起站内线路多重故障引发变压器保护动作的电网故障分析

国网天津市电力公司城西供电分公司 孙明鹏 国网天津市电力公司电缆分公司 齐玉娟

国网天津市电力公司城西供电分公司 杨小伟 合 鹏 高维钊

2022年1月5日，某35kV 变 电 站10kV 出 线562单相接地短路保护动作，562开关跳闸。同时2号主变低后备保护动作，分段开关245跳闸。继电保护人员通过现场调取保护装置动作报告、故障波形，并对其进行详细分析，综合分析判断发生故障的原因，推演电网事故的发展过程，判断保护是否正确动作，验证分析的正确性。

1 基本情况

1.1 该站正常运行方式

变电站一次系统的主接线图如图1所示。正常运行方式下，分段开关245在分闸状态，作为备自投开关，所有10kV 出线开关均在合闸状态。

图1 变电站一次系统主接线图

1.2 保护装置情况

10kV 出线保护方面：零序CT 变比为600/5。保护动作值随时间变化分别见表1、表2。

表1 10kV 出线562保护动作

表2 10kV 出线567保护动作

2号主变保护方面：低压侧主CT 变比为1600/5。主变低后备保护动作值随时间变化见表3。

表3 2号主变低后备保护动作

1.3 保护动作情况

两套2号主变保护装置“保护跳闸”灯亮。翻阅动作记录，两套装置均在2022年1月5日14时03分4.942秒保护启动，经1.299s 后低自产零流保护1时限跳闸出口，跳分段开关245，低自产零流保护2时限定值为1.5s，并没有动作。2号主变保护装置动作报告如图2所示。

图2 2号主变保护装置动作报告

同一时段，10kV 562线路零序过流保护动作，查看装置，14时03分5.261秒保护启动，经过了999ms后，于14时03分6.260秒保护动作，符合1s 的定值。10kV562线路零序过流保护动作报告如图3所示。

图3 10kV 562线路保护装置动作报告

从上述保护装置动作报告可以看出，2号主变保护装置和10kV 562线路保护装置分别按照自己的定值正确动作，但562线路发生接地故障且故障被切除后，2号主变低后备自产零序过流保护1时限仍然保护出口。从主变装置看，其启动时间为14时03分4.942秒，比562线路保护早启动319ms，没有躲过线路和主变低后备零序300ms 的定值极差。

2 事故原因分析

2.1 保护装置故障波形分析

10kV 562线路保护装置故障波形图如图4所示。

图4 10kV 出线562保护装置故障波形图

从故障波形图上可以看出，A 相电流和外接零序电流同时出现，且零序电流相位与故障相电流同向。在故障初期有很大的冲击电流，二次侧最大达24.18A，持续约60ms 后电流稳定在3.8A 左右，大于动作定值，且A 相电压明显降低，从保护启动到零序过流I 段动作经过1s 的时间。因此，确定562线路故障为A 相单相短路接地。但在A 相故障前C相电压明显降低，且C 相电流是正常负荷电流，再分析2号主变保护装置的故障波形图，如图5所示。

图5 2号主变保护装置的故障波形图

从图上分析，2号主变保护装置是随着低压侧C相电压降低而启动，直到562线路A 相故障时一直为启动状态，且C 相电流大小为A、B 相电流大小的两倍以上，A、B 相电流平衡，可知此时很有可能为2号主变所带的其他线路有C 相单相接地的情况。查看2号主变所带的其他线路保护装置的启动记录，发现10kV 出线567在当天14时03分4.941秒有保护启动的动作报告。调取10kV 出线567故障录波图如图6所示。

图6 10kV 出线567故障录波图

根据波形图分析，C 相电流增大，电压降低，且出现与C 相电流同相位的外接零序电流，因此根据波形特点，确定为C 相单相接地短路故障。故障持续时间约为380ms，没有达到1s 的动作时限，因此没有动作。C 相故障电流约为4.3A，归算到一次侧为4.3×120=516A，再归算到主变低压二次侧为516/320=1.61A，可以启动主变保护装置低零序过流保护，符合主变装置上14时03分4.942秒的启动时间，因此2号主变保护比10kV 出线562保护早启动的约320ms 时间为10kV 出线567故障所致。

再次分析2号主变保护装置的故障波形图5，图上左面的光标以前是只有10kV 出线567C 相单相接地短路的故障，右面的光标以后是只有10kV 出线562A 相单相接地短路的故障，两个光标之间是两条10kV 出线同时发生故障的时间，相当于10kV 侧为两相接地短路，此时系统内接地点增多，短路阻抗减小，短路电流增大，因此在10kV 出线562的故障波形图中会有短时的冲击电流，最大有效值达到了24A，已经达到速断的定值，但只持续了60ms 左右，小于速断200ms 的动作时间，因此速断保护未动作，而是零序保护动作。

综上所述，本次动作过程为10kV 出线567首先发生C 相单相接地故障，567线路和2号主变保护装置同时启动，经过大约320ms 后，10kV 出线562发生A 相单相接地故障，此时两条10kV 出线同时发生故障。再经过60ms 后，567线路接地故障消失，但主变保护依然在启动状态，又经过920ms 后，主变低压侧自产零序过流保护1时限动作，跳开分段开关245出口，保护装置跳闸灯亮。后经过20ms 后，562线路零序I 段保护动作，切除故障，主变保护同时返回，低压侧自产零序过流2时限未出口，受总没有动作。保护动作时序图[2]如图7所示。

图7 保护动作时序图

通过对保护装置动作报告和故障波形图的分析，以及通过保护动作时序图可以看出，562断路器保护、567断路器保护以及2号主变低压侧零序过流保护均为正确动作。

2.2 一次设备分析

10kV 出线562和567从变电站配出之后都是电缆架空混合线路，事故发生后，配电运维人员第一时间对10kV 出线562和567进行线路特巡，查找故障原因，尽快消除故障，恢复正常供电。经运维人员排查发现，线路567某电杆周边树木离架空线路水平距离过近，小于《电力设施保护条例》中规定的电压等级为10kV 的线路在最大风偏与树木水平距离为1.5米的要求[3]。如图8所示。

图8 10kV 出线某电线杆边相刀闸搭树枝

当天正值大风天气，架空线周边树潮湿的树枝搭在边相刀闸上，引起放电，造成10kV 出线567发生瞬时性单相接地故障，保护启动。经过380ms，由于大风原因，潮湿树枝与边相刀闸分开，瞬时性故障返回，因为没有达到单相接地短路故障的动作时间1s，所以断路器567没有跳闸。

经排查，10kV 出线562故障是由于某电杆电缆头搭火点落鸟巢引起的永久性单相接地故障。10kV出线562某电杆鸟巢处理前后如图9所示。

图9 10kV 出线562某电杆搭火点落鸟巢

3 暴露的问题及整改防范措施

3.1 暴露的问题

两条10kV 出线故障暴露出运行巡视工作不到位。未能及时发现电杆周边树木离架空线路水平距离过近的事故隐患，未能及时发现电杆上的鸟巢并进行处理。

3.2 整改防范措施

配电运维人员应重点做好以下工作[4]：一是加强鸟害树害隐患排查治理。二是加强故障线路特巡。三是不断提高故障分析判断和处理能力，有效预防和处理电网事故的发生。

本文对某35kV 变电站内10kV562线路和567线路同时发生单相接地短路，进而引起2号主变低后备保护动作的复杂电网事故进行了详细的故障波形分析和一次设备分析。通过对故障波形细节处的分析，能够帮助运维人员快速查明一次设备故障原因，精准确定故障地点，并采取相应措施快速消除故障，保证电网安全稳定运行。最后针对此次事故暴露出的主要问题进行详细分析，制定相应的整改防范措施，避免类似电网事故重复发生。