本文針對(duì)某35kV L站10kV母線壓變爆炸造成主變保護(hù)動(dòng)作的事故，在故障錄波數(shù)據(jù)丟失的情況下分析保護(hù)動(dòng)作過程和壓變柜爆炸原因，提出相應(yīng)改進(jìn)措施。

 1  事故概況及保護(hù)動(dòng)作情況

 35kV L站正常運(yùn)行方式如圖1所示。變電站采用單線單變運(yùn)行，35kV A線303開關(guān)帶35kV1號(hào)母線，35kV B線305開關(guān)為出線線路，1號(hào)主變及10kV1號(hào)母線運(yùn)行， 101開關(guān)、115開關(guān)、113開關(guān)、111開關(guān)運(yùn)行；113開關(guān)線路為拉手開關(guān)，1號(hào)站用變103開關(guān)帶全所站用電，1號(hào)主變帶10kV全部負(fù)荷運(yùn)行，35kV、10kV無備自投。

 圖1  L站正常運(yùn)行方式

X年X月X日06時(shí)15分，35kV L站1號(hào)主變高后備保護(hù)復(fù)合電壓過流 I 段1時(shí)限、復(fù)合電壓過流II段1時(shí)限保護(hù)動(dòng)作，301、101開關(guān)跳閘，35kV 1號(hào)母線、10kV 1號(hào)母線失電。L站交、直流全部失電，10kV 1號(hào)母線1005壓變柜爆炸。

 2  事故原因分析

 2.1 主變高后備保護(hù)動(dòng)作分析

 主變高后備保護(hù)是主變的后備保護(hù)，當(dāng)主變及系統(tǒng)存在相應(yīng)故障而差動(dòng)保護(hù)或者低后備保護(hù)拒動(dòng)時(shí)，高后備保護(hù)經(jīng)延時(shí)跳開主變高、低壓側(cè)總開關(guān)，切除故障[4]。L站主變?yōu)殡p繞組變壓器，未配備低壓側(cè)后備保護(hù)，僅采用高后備復(fù)合電壓過流保護(hù)作為主變后備保護(hù)；復(fù)合電壓取自10kV母線PT。保護(hù)原理如圖2所示。

 圖2  復(fù)合電壓過流保護(hù)原理接線圖

當(dāng)10kV母線壓變故障發(fā)生PT斷線，高后備保護(hù)復(fù)合電壓閉鎖退出，僅由過流保護(hù)控制。L站高后備保護(hù)整定值如表1所示。

注：表中為高壓側(cè)定值，CT變比300/5。

 保護(hù)裝置顯示動(dòng)作電流1136.4A/18.94a（高壓側(cè)），遠(yuǎn)大于整定值，高后備保護(hù)動(dòng)作，跳開101、301開關(guān)，10kV母線失電。

2.2 壓變柜爆炸原因分析

 2.2.1  電壓變化

 UPS電源在站用電失電時(shí)發(fā)生故障，導(dǎo)致故障錄波丟失，僅能通過OPEN3000監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行事故分析。系統(tǒng)每5分鐘采集一次數(shù)據(jù)，10kV母線電壓變化如圖3所示。

 主變保護(hù)動(dòng)作前10kV系統(tǒng)相電壓頻繁出現(xiàn)較大波動(dòng)，線電壓波動(dòng)較小，電壓變化具有單相接地特征。

 圖3  OPEN3000采集的電壓幅值變化圖

2.2.2  虛幻接地

 調(diào)出故障前的SOE信息，對(duì)10kV母線各相接地信息和告警信息進(jìn)行整理，得到L站接地信息表，如表2所示。

 造成10kV母線接地告警的接地相不是同一相，A、B、C三相在故障前均出現(xiàn)單相接地，接地相具有隨機(jī)性；06:01:25和06:14:45接地電壓幅值比0較大，判斷該種接地信息不應(yīng)為真正單相接地，而為“虛幻接地”[4]。

 表2  L站接地信息表

文[5]指出，虛幻接地主要是由電壓互感器飽和程度不同引起的，造成中性點(diǎn)電壓位移（即中性點(diǎn)電壓U0≠0），對(duì)外表現(xiàn)為接地現(xiàn)象。

 2.2.3  過電流

 PT爆炸前，系統(tǒng)電流出現(xiàn)劇烈變化，如圖5所示。

 圖5  OPEN3000采集的電流變化曲線

經(jīng)檢查10kV線路無故障，PT故障對(duì)系統(tǒng)出線影響十分劇烈，電流幅值變化明顯。

 2.2.4  弧光短路

 保護(hù)動(dòng)作電流一次值換算成10kV側(cè)為1136.4A×35/10=3788A。L站主變?nèi)萘繛?/span>8000kVA，同時(shí)系統(tǒng)負(fù)荷較小；保護(hù)動(dòng)作電流值遠(yuǎn)大于10kV母線三相接地短路電流8000kVA/10kV=800A。

 技術(shù)人員從爆炸后的壓變柜發(fā)現(xiàn)，互感線圈相間燃燒嚴(yán)重。結(jié)合動(dòng)作情況，判定造成互感器相間燃燒的電流為弧光短路電流。

 文[6]總結(jié)了由PT飽和發(fā)生的鐵磁諧振特征，包括：中性點(diǎn)電壓偏移；相間或相對(duì)地過電壓；弧光短路；空載情況下，PT過熱等。結(jié)合L站故障情況推斷：由于10kVPT飽和，系統(tǒng)發(fā)生鐵磁諧振，中性點(diǎn)電壓發(fā)生位移，過電流造成PT線圈相間弧光短路，導(dǎo)致壓變柜爆炸。

 3  改進(jìn)措施

 3.1 提高變電站運(yùn)行可靠性

 1）備用電源

 備用電源自動(dòng)投入裝置是保證供電可靠性的重要設(shè)備。目前，L站采用35kV單線單變、10kV單母線的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式，不具備電源備自投條件，在主變高后備保護(hù)動(dòng)作后全站失電。建議L站所屬電網(wǎng)對(duì)該站進(jìn)行改造、擴(kuò)建，引入10kV和35kV備用電源，保障電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性。

 2）交、直流電源和自動(dòng)化裝置

 L站站用電源來自一臺(tái)10kV站用變，直流系統(tǒng)采用“一電一充”方式（即一組蓄電池、一臺(tái)充電機(jī)）。故障30分鐘后，交、直流電源已全部失電，后臺(tái)機(jī)未保存故障錄波數(shù)據(jù)，嚴(yán)重影響事故處理和分析。

 3.2 限制和消除諧振影響

 限制和消除系統(tǒng)諧振的措施主要包括：加裝零序消諧裝置、4PT法、更換高性能PT、在系統(tǒng)中性點(diǎn)加裝消弧線圈等[7]。

 1）采用零序消諧裝置

 在PT一次側(cè)零序相和開口三角兩端接入消諧器能夠根據(jù)檢測(cè)的零序電壓大小改變阻尼電阻阻值，釋放諧振能量[6]。目前L站采用一次消諧器和二次消諧燈的配置。

 零序消諧器對(duì)于負(fù)荷較大的系統(tǒng)，由單相接地引發(fā)的諧振效果較好，而主變負(fù)載率低、系統(tǒng)出線較少時(shí)消諧效果有限[7]。

 2）4PT法

 PT高壓側(cè)中性點(diǎn)經(jīng)零序電壓互感器接地的方法稱為4PT法接線。利用零序PT的非線性感抗消除中性點(diǎn)位移電壓U0的影響，從而抑制鐵磁諧振[7]。

 4PT法改造工程量大，且消諧效果與一次側(cè)加裝零序消諧器差別不大，在35kV系統(tǒng)應(yīng)用較少。

 3）采用高特性電壓互感器

 選用勵(lì)磁特性較好的電壓互感器，可提高激發(fā)諧振的閾值，降低電網(wǎng)發(fā)生諧振的概率[7]，但無法從形成源頭消除鐵磁諧振。

 4）系統(tǒng)中性點(diǎn)加裝消弧線圈

 在系統(tǒng)中性點(diǎn)加裝消弧線圈，相當(dāng)于在PT高壓繞組上并聯(lián)一個(gè)電感線圈。由于消弧線圈的感抗遠(yuǎn)小于PT感抗，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)中性點(diǎn)位移電壓，零序過電流大部分經(jīng)消弧線圈回路流入大地，避免PT飽和，從而抑制鐵磁諧振發(fā)生[7]。

 根據(jù)L站接線方式和系統(tǒng)運(yùn)行情況，宜選擇在10kV系統(tǒng)中性點(diǎn)加裝消弧線圈，限制、消除鐵磁諧振，保護(hù)電壓互感器。

 4  結(jié)論

 本文在35kV L站故障錄波數(shù)據(jù)丟失的情況下，根據(jù)保護(hù)裝置動(dòng)作電流和OPEN3000系統(tǒng)查詢的告警信息對(duì)10kV母線壓變柜爆炸造成全站失電事故進(jìn)行分析、還原。

 分析發(fā)現(xiàn)，由PT飽和引發(fā)鐵磁諧振，繼而引發(fā)弧光短路，導(dǎo)致主變高后備保護(hù)動(dòng)作和壓變柜爆炸。提出對(duì)L站進(jìn)行運(yùn)行可靠性改造，并建議在系統(tǒng)中性點(diǎn)加裝消弧線圈限制和消除鐵磁諧振影響。