​35kV小电流系统异名相接地故障主变差动保护动作分析

作者简介

刘瑞贵，男，贵州电网有限责任公司安顺供电局，长期从事变电技术工作，并活跃在思仿继电保护微信群。

一、故障简述

某日03时19分34秒，某35kV变电站（简称乙站）1号主变差动保护动作，该站上一级110kV变电站（简称甲站）2号主变中后备保护及35kV甲线保护启动未出口。现场检查乙站35kV分段3101隔离开关C相瓷瓶断裂掉落，1号主变302、310、011断路器事故跳闸，1号主变失压。

1、35kV一次主接线运行方式（内桥接线方式）

如图1、图2所示：

1）事故前运行方式（乙站）

图1 事故前运行方式

2）事故后运行方式（乙站）

   

图2 事故后运行方式及故障现场照片

2、保护定值（见表1）

表1 甲站、甲站保护定值

3、保护动作报文

图4 乙站1号主变差动保护动作报文

4、调取乙站、甲站故障录波

图5 乙站1号主变保护录波

图6 甲站2号主变集中录波

二、事故分析

1、调取图5录波后可以看出：乙站1号主变差动区内C相故障可分为两个时段，T1（紫色坐标线）之前时段，T2（橙色坐标线 ）故障时段。

1）T1之前时段：1号主变高压侧三相电流是正常负荷电流，可以判断1号主变“差动”保护动作出口之前未发生C相断线故障（3101隔离开关处），C相断线故障是在差动保护动作跳闸完成后发生；

2）T2故障时段：1号主变差动保护区内发生C相单相短路故障，同时出现B、C相较大差动电流1.58Ie，均大于差动保护启动值0.5Ie动作出口跳闸，可以判断1号主变差动保护区内发生C相单相短路故障，并进行“差流”计算加以判断差动保护计算正确性及故障相别判断。如下：

a、Y/◬-11接线相位补偿公式

高压侧：                            低压侧：

b、1号主变高压侧C相故障电流计算差流

A相差流

B相差流

C相差流

计算分析：1号主变差动保护区内发生C相单相短路故障时，将C相故障电流代入上式计算得出，大小相等且方向相反的B相、C相差流，计算结果与乙站1号主变差动保护录波中T2故障时段一致（见图5），差动保护装置差流计算及动作逻辑正确，可以判断差动保护区内只发生了C相单相短路故障，排除了C相断线（3101隔离开关处）过程中与A相、B相引线触碰发生相间短路故障的可能性。

3）为什么35kV小电流接地系统会出现单相大短路电流呢？35kV系统发生单相接地时只是系统对地电容电流，其幅值非常小，即使乙站1号主变差动区内发生单相接地故障或断线故障也不会导致差动保护动作出口，具体故障原因还得调取甲站故障录波进行分析（详见后续分析）。

2、调取图6录波后可以看出：甲站集中录波可分为三个时段，T1（紫色坐标线）之前时段，T1和T2（橙色坐标线 ）时段，T2之后时段。

1）T1之前时段：35kV系统发生了“铁磁谐振”（UA：79.3V、UB：91.8V、UC：95.5），35kVⅡ电压互感器出现饱和现象；

2）T1和T2时段：B相电压上升，A、C相电压基本反相，与B相电压互成约90度，可以知道35kV系统发生AC两相接地故障，故障电流持续3个周波（IKA≈-IKC=3.482×800/5=557.12A），与乙站1号主变差动保护录波T2故障时段故障电流基本相等，也持续3个周波（IKC=7.05×400/5=564A）。

与此同时乙站录波中T2故障时段A相无故障电流，说明A相接地点不在乙站1号主变差动保护区内，C相有故障电流，说明C相接地点在乙站1号主变差动保护区内（如图7所示）。

图7  AC两相接地短路示意图

3）T2之后时段：乙站1号主变差动保护动作跳闸，切除C相接地故障点后，甲站35kV系统C相电压升高至线电压，A相降低几乎为零，演变成A相单相接地故障。在甲站35kV乙线定时限过流保护动作时限1.25S内，乙站已切除C相故障电流，两相接地短路变成单相接地故障，其故障电流小于定值6A，保护返回未出口跳闸。

三、总结

综上所述，此次故障为35kV系统发生异名相两相接地短路故障，由于1号主变差动保护区内35kV分段3101隔离开关C相支柱瓷瓶绝缘薄弱发生击穿接地，同一时段甲站35kV系统中又发生A相接地故障，从而形成了AC两相接地短路故障，在乙站1号主变差动保护区内出现较大的C相短路电流，导致1号主变差动保护动作出口跳闸。其后35kV分段3101隔离开关C相支柱瓷瓶在接地电弧的作用下烧蚀严重，而后发生瓷质断裂引线掉落。