本文針對某35kV L站10kV母線壓變爆炸造成主變保護動作的事故，在故障錄波數據丟失的情況下分析保護動作過程和壓變柜爆炸原因，提出相應改進措施。

 1  事故概況及保護動作情況

 35kV L站正常運行方式如圖1所示。變電站采用單線單變運行，35kV A線303開關帶35kV1號母線，35kV B線305開關為出線線路，1號主變及10kV1號母線運行， 101開關、115開關、113開關、111開關運行；113開關線路為拉手開關，1號站用變103開關帶全所站用電，1號主變帶10kV全部負荷運行，35kV、10kV無備自投。

 圖1  L站正常運行方式

X年X月X日06時15分，35kV L站1號主變高后備保護復合電壓過流 I 段1時限、復合電壓過流II段1時限保護動作，301、101開關跳閘，35kV 1號母線、10kV 1號母線失電。L站交、直流全部失電，10kV 1號母線1005壓變柜爆炸。

 2  事故原因分析

 2.1 主變高后備保護動作分析

 主變高后備保護是主變的后備保護，當主變及系統存在相應故障而差動保護或者低后備保護拒動時，高后備保護經延時跳開主變高、低壓側總開關，切除故障[4]。L站主變為雙繞組變壓器，未配備低壓側后備保護，僅采用高后備復合電壓過流保護作為主變后備保護；復合電壓取自10kV母線PT。保護原理如圖2所示。

 圖2  復合電壓過流保護原理接線圖

當10kV母線壓變故障發生PT斷線，高后備保護復合電壓閉鎖退出，僅由過流保護控制。L站高后備保護整定值如表1所示。

注：表中為高壓側定值，CT變比300/5。

 保護裝置顯示動作電流1136.4A/18.94a（高壓側），遠大于整定值，高后備保護動作，跳開101、301開關，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發生故障，導致故障錄波丟失，僅能通過OPEN3000監控系統數據進行事故分析。系統每5分鐘采集一次數據，10kV母線電壓變化如圖3所示。

 主變保護動作前10kV系統相電壓頻繁出現較大波動，線電壓波動較小，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

 調出故障前的SOE信息，對10kV母線各相接地信息和告警信息進行整理，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單相接地，接地相具有隨機性；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，造成中性點電壓位移（即中性點電壓U0≠0），對外表現為接地現象。

 2.2.3  過電流

 PT爆炸前，系統電流出現劇烈變化，如圖5所示。

 圖5  OPEN3000采集的電流變化曲線

經檢查10kV線路無故障，PT故障對系統出線影響十分劇烈，電流幅值變化明顯。

 2.2.4  弧光短路

 保護動作電流一次值換算成10kV側為1136.4A×35/10=3788A。L站主變容量為8000kVA，同時系統負荷較小；保護動作電流值遠大于10kV母線三相接地短路電流8000kVA/10kV=800A。

 技術人員從爆炸后的壓變柜發現，互感線圈相間燃燒嚴重。結合動作情況，判定造成互感器相間燃燒的電流為弧光短路電流。

 文[6]總結了由PT飽和發生的鐵磁諧振特征，包括：中性點電壓偏移；相間或相對地過電壓；弧光短路；空載情況下，PT過熱等。結合L站故障情況推斷：由于10kVPT飽和，系統發生鐵磁諧振，中性點電壓發生位移，過電流造成PT線圈相間弧光短路，導致壓變柜爆炸。

 3  改進措施

 3.1 提高變電站運行可靠性

 1）備用電源

 備用電源自動投入裝置是保證供電可靠性的重要設備。目前，L站采用35kV單線單變、10kV單母線的經濟運行方式，不具備電源備自投條件，在主變高后備保護動作后全站失電。建議L站所屬電網對該站進行改造、擴建，引入10kV和35kV備用電源，保障電網運行的可靠性。

 2）交、直流電源和自動化裝置

 L站站用電源來自一臺10kV站用變，直流系統采用“一電一充”方式（即一組蓄電池、一臺充電機）。故障30分鐘后，交、直流電源已全部失電，后臺機未保存故障錄波數據，嚴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、在系統中性點加裝消弧線圈等[7]。

 1）采用零序消諧裝置

 在PT一次側零序相和開口三角兩端接入消諧器能夠根據檢測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。

 零序消諧器對于負荷較大的系統，由單相接地引發的諧振效果較好，而主變負載率低、系統出線較少時消諧效果有限[7]。

 2）4PT法

 PT高壓側中性點經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加裝零序消諧器差別不大，在35kV系統應用較少。

 3）采用高特性電壓互感器

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

 4）系統中性點加裝消弧線圈

 在系統中性點加裝消弧線圈，相當于在PT高壓繞組上并聯一個電感線圈。由于消弧線圈的感抗遠小于PT感抗，當系統出現中性點位移電壓，零序過電流大部分經消弧線圈回路流入大地，避免PT飽和，從而抑制鐵磁諧振發生[7]。

 根據L站接線方式和系統運行情況，宜選擇在10kV系統中性點加裝消弧線圈，限制、消除鐵磁諧振，保護電壓互感器。

 4  結論

 本文在35kV L站故障錄波數據丟失的情況下，根據保護裝置動作電流和OPEN3000系統查詢的告警信息對10kV母線壓變柜爆炸造成全站失電事故進行分析、還原。

 分析發現，由PT飽和引發鐵磁諧振，繼而引發弧光短路，導致主變高后備保護動作和壓變柜爆炸。提出對L站進行運行可靠性改造，并建議在系統中性點加裝消弧線圈限制和消除鐵磁諧振影響。