国网湖北省电力公司检修公司 黄瑶玲 吴 萍 郑 华 戴 迪 刘 浔

一起区外故障引起主变差动保护动作事故的事故分析

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本文分析了一起主变中压侧线路近区发现单相接地故障，线路保护动作重合成功，而主变差动保护动作主变跳闸的事件。由于主变的抗短路能力不足，引起主变内部故障，发生主变跳闸的事件，笔者通过对事故过程进行详细的梳理和分析，查找出故障原因，提出了改进措施和整改建议。

主变保护；短路能力；区外故障

1 事件经过及故障前运行工况

2016年8月25日16点18分37秒454毫秒，龙泉换流站220kV龙湾II线A相故障，故障持续22ms后线路保护动作，18分37秒537毫秒故障切除。龙湾II线A相故障故障切除前，#2主变压力释放、本体重瓦斯、分接头瓦斯和电气量保护相继动作，18分37秒568毫秒主变三侧开关三相跳开。

故障前500kV龙泉换流站三龙、龙斗I、II、III线及盘龙I、II线运行正常，500kV 交流#1、#2主变并列运行。220kV系统#3及#5母线带龙湾I线、#1主变中压侧运行正常；#4母线带龙湾II线、2#主变中压侧运行正常，主接线图见图1。

故障时龙泉换流站所在地为雷暴雨天气，在此期间，220龙湾Ⅱ线遭雷击跳闸，重合成功，测距装置显示距龙泉换流站0.6公里。

图1 2#主变接线图

2 现场数据及分析

龙湾II线两套保护装置显示：2016年8月25日16点18分37秒476毫秒，差动保护动作，重合闸动作。从保护装置动作报告来看，16点18分37秒220kV龙湾II线发生近区故障，最大故障电流约为55.6kA，故障持续60ms，线路保护跳闸，后经789ms龙湾II线线路重合成功。

2#主变两套保护装置显示：2016年8月25日16点18分37秒，纵差差动速断动作，跳高、中、低压侧。保护动作计算分析如下：

故障后40ms内，#2主变高压侧A相故障电流达0.77×4000A。从#2主变二套差动保护动作报告可以看出，故障后40ms期间，差动保护装置检测到的差动电流及制动电流：

差动电流IDA=1.422A，制动电流IA==1.80A，比率差动动作门槛值Icdqd=0.5*Ie=1.81A。

故障后差动电流小于动作门槛值和制动电流，差动保护不会动作。

从#2主变两套差动保护动作报告可以看出，故障持续60ms后，高压侧与低压侧A相故障电流相位发生改变，故障电流幅值也大幅增加，表明故障性质发生了转换。保护装置检测到的差动电流为30.90Ie，差动速断动作门槛值Icdqd=0.5*Ie。

差动电流大于差动速断动作门槛，差动速断保护动作。

故障录波数据见图2。

龙湾II线故障启动约23ms，#2主变高压侧A相故障电流最大值达10.77kA，中压侧故障电流最大约27.85kA。故障启动后60ms，#2主变中压侧A相故障电流相位发生改变，高压侧故障电流幅值大幅增加，表明故障性质发生了转换，此时#2主变高压侧A相故障电流最大值约47kA，中压侧故障电流最大值8kA。#2主变差动保护动作，跳开主变三侧开关。

3 故障过程及原因分析

3.1 故障过程

依据保护跳闸事件和监控后台事件记录，事件动作时序图如图3所示。

图2

图3

3.2 一次设备故障初步分析

#2主变A相变压器高压套管破裂，变压器身明显变形,变压器3号冷却器底部管道断裂，变压器油外泄，外部未见明显放电、烧蚀痕迹。#2主变B、C相变压器外观检查无异常，站内其它设备无异常。对#2主变进行A相油色谱分析，发现油色谱中总烃16450pm、乙炔5752 ppm、乙烯6523ppm，氢2737 ppm,均严重超标，分析为主变内部电弧放电兼过热。

3.3 设备故障原因分析

故障初期，220kV系统由于区外发生雷击故障，导致龙泉站220kV母线A相电压下降，#2主变差动保护检测到穿越性故障电流，在220kV系统故障切除后，220kV母线A相电压恢复，随后，#2主变发生区内故障，220kV母线A相电压再次下降，#2主变差动保护检测到很大的差动电流，动作后切除#2主变，保护动作正确，2#主变故障是由区外雷击故障穿越后最终导致损坏造成。

后经现场检查试验及查阅历次检修试验情况，初步分析主变损坏原因是：220千伏龙湾Ⅱ线A相遭雷击闪络，故障点距龙泉变0.6公里，线路单相接地故障最大峰值电流约55.6kA,引起#2主变中压侧故障最大峰值电流约27.85kA，高压侧故障最大峰值电流约10.77kA,持续时间51毫秒。本年度对#2主变抗短路能力进行了校核，中压侧抗短路能力24.48kA，高压侧抗短路能力10.76kA，均远低于国标要求。线路故障时#2主变中压侧最大峰值电流超过其抗短路能力，高压侧最大峰值电流与其极限抗短路能力一致。在线路故障电流冲击下，变压器内部绕组变形，进而发展为内部短路，短路电流的冲击导致油箱变形，套管破裂。

4 结论

此次事故充分暴露出主变本身设计的抗短路能力不足，导致区外故障，引起主变差动跋扈动作，主变跳闸事件。随着系统结构发生变化和设备的老化，主变抗短路能力相应发生变化，建议对主变的抗短路能力进行重新核算，陆续改造为满足要求的变压器，为换流站安全稳定运行提供保障。