一起220kV主變保護區外接地故障誤動的分析

一、事故簡述

XXXX年XX月XX日，某220kV變電站甲線發生A相單相接地故障時，#1主變兩套縱聯差動保護誤動，跳主變三側開關。造成#1主變5條110kV線路失電、4條35kV線路失電。

事故前該站主接線如圖1所示:

圖1 某220kV站系統接線圖

故障前，220kV所有線路、母聯、主變開關在運行位置，220kV線路均為系統聯絡線。其中#1主變220kV側中性點接地運行，#2主變220kV側中性點通過間隙接地運行。35kV、110kV系統分列運行，且都無電源，110kV系統出線饋供的主變中性點均通過間隙接地運行。#1、#2主變容量均為180MVA，鐵芯結構三相三柱式，接線組别YNyny d-12。

主變保護雙套配置，差動保護電流互感器使用開關電流互感器。三側電流互感器二次星型接入。差動保護電流互感器的位置如圖3所示。

二．事故原因分析

主變差動保護裝置報文：

“比例差動動作”

“動作相别ABC相”

“差流Id=1.4Ie”

分析#1主變保護錄波圖，可以看出該主變三相差流幅值及相位基本相同。二次值約4.8A（有效值）。

故障錄波器顯示#1主變高壓側開關三相電流幅值及相位也基本相同。二次值5A（有效值）左右。

從主變差動保護三相差流大小相同，方向相同這一特點可初步得出，該三相電流為零序電流。由于差動保護動作時間與甲線保護動作時間一緻，初步判斷#1主變的零序電流是由于甲線接地故障引起。

對#1主變零序電流進行分析，故障零序網絡如圖2-2所示：

圖2 故障零序網絡圖

U0為甲線故障點零序等效電壓源；Zs0為甲線對側系統等值零序阻抗；Zs0‘為本站内其餘線路及線路對側系統等值零序阻抗；Zl0、Zl0’為甲線故障點兩側線路零序阻抗；

ZB10為主變高壓側零序阻抗；ZB20為主變中壓側零序阻抗；ZB30為主變平衡繞組零序阻抗；ZBu0為主變零序勵磁阻抗，該變壓器為三相三柱式鐵芯，零序磁通無獨立鐵芯回路，需通過氣隙和油箱壁構成回路，所以磁阻大，勵磁阻抗小，因此零序勵磁阻抗應為有限值。其中IB10是主變高壓側的零序電流。

零序電流在變壓器繞組中的分布，如圖2-3所示：

圖3 零序電流在#1主變各繞組的分布示意圖

從圖3中可看，變壓器分得的零序電流IA0、IB0、IC0流經高壓側差動TA，然後流經高壓側繞組。由于主變35kV側中性點不接地，所以35kV側零序阻抗為無窮大，因此不産生零序電流。110kV側雖然中性點接地運行，但由于其饋供系統的變壓器均不接地運行，因此主變110kV側零序阻抗呈開路狀态，也不産生零序電流。由于平衡繞組是頭尾相連的封閉的變壓器付方繞組，因此感應至平衡繞組的三相零序電流Ia0、Ib0、Ic0大小相等、方向相同，在平衡繞組中形成環流。

從上述分析，可看出由于甲線接地故障引起的零序電流流過高壓側差動TA，在中低壓各側差動TA中均無零序電流與其平衡，這些零序電流呈現單邊的差流性質。如果零序電流大到一定程度勢必造成差動保護誤動。

但是為了防止這種區外接地故障造成的零序差流誤動，一般縱聯差動保護的差流計算中都有濾除零序電流的措施。為什麼該#1主變差動保護無此功能呢？

對#1主變差動保護進行檢查性試驗，在高壓側通入大小相等，相角相同的三相電流，電流幅值大于差動門檻計算值，試驗結果三相比例差動動作，報文與事故時一緻。至此本次差動保護誤動的原因基本清楚，原因為差動保護差流計算程序中無濾除零序電流的措施所緻。

進一步檢查，發現當差動保護定值整定項中，變壓器接線形式若選擇YNynd-11時，則差動保護具備濾零措施。而選擇YNyny-12時則無濾零措施。

三．采取的措施和經驗教訓

1．本次事故的主要原因為主變差動保護原理缺陷所緻，應對差動保護執行反措，要求保護裝置生産廠家修改差流計算程序，增加接線形式為YNyny-12時的零序電流濾除功能。

2．應加強基建新投運保護的驗收，特别是第一次使用或較少使用的保護裝置應重視保護原理方面的驗收。避免類似問題再次發生。

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