一起电流互感器故障引起的主变压器跳闸分析

２０２１年
东北电力技术
一起电流互感器故障引起的主变压器跳闸分析
齐英伟，刘春晖，杜智超，鲍音夫
（国网内蒙古东部电力有限公司电力科学研究院，内蒙古㊀呼和浩特㊀０１００２０）
摘要：针对一起风电场主变压器跳闸事故进行分析，根据电流互感器绕组分配，结合双套继电保护装置动作结果不一致情况，分析锁定故障点位置位于电流互感器内部２套保护用绕组之间，结合十八项反措及标准化设计规范对互感器绕组分配提出整改建议，为后续工程提供借鉴㊂
关键词：电流互感器；绕组分配；保护装置；动作结果
［中图分类号］ＴＭ４２５㊀［文献标志码］Ａ㊀［文章编号］１００４－７９１３（２０２１）０１－００３３－０３
ＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＭａｉｎＴｒａｎｓｆｏｒｍｅｒＴｒｉｐＣａｕｓｅｄｂｙＣｕｒｒｅｎｔＴｒａｎｓｆｏｒｍｅｒＦａｕｌｔ
ＱＩＹｉｎｇｗｅｉ，ＬＩＵＣｈｕｎｈｕｉ，ＤＵＺｈｉｃｈａｏ，ＢＡＯＹｉｎｆｕ
（ＳｔａｔｅＧｒｉｄＥａｓｔＩｎｎｅｒＭｏｎｇｏｌｉａＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｈｏｈｈｏｔ，ＩｎｎｅｒＭｏｎｇｏｌｉａ０１００２０，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｔｒｉｐａｃｃｉｄｅｎｔｏｆｍａｉｎｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｉｎｗｉｎｄｆａｒｍｉｓａｎａｌｙｚｅｄ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｗｉｎｄｉｎｇｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ，ｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｔｈｅｒｅｓｕｌｔｏｆｄｏｕｂｌｅｒｅｌａｙｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅｄｅｖｉｃｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｉｎｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙ，ｔｈｅｌｏｃａｔｉｏｎｏｆｌｏｃｋｅｄｆａｕｌｔｐｏｉｎｔｓｂｅｔｗｅｅｎｔｗｏｓｅｔｓｏｆｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｗｉｎｄｉｎｇｓｉｎｃｕｒｒｅｎｔｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｉｓａｎａｌｙｚｅｄ．Ｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｅｉｇｈｔｅｅｎｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｓａｎｄｓｔａｎｄａｒｄｉｚｅｄｄｅｓｉｇｎｓｐｅｃｉｆｉｃａ⁃ｔｉｏｎｓ，ｔｈｅｒｅｃｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓｆｏｒｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｗｉｎｄｉｎｇｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｒｅｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ，ｗｈｉｃｈｃａｎｐｒｏｖｉｄｅａｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｓｕｂｓｅｑｕｅｎｔｐｒｏｊｅｃｔｓ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｕｒｒｅｎｔｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ；ｗｉｎｄｉｎｇｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ；ｒｅｓｕｌｔｏｆｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅｄｅｖｉｃｅｏｐｅｒａｔｉｏｎ
㊀㊀继电保护是电网安全稳定运行的重要保障，能自动㊁迅速㊁有选择地将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到损坏，保证其他无故障部分迅速恢复正常运行状态［１］㊂反映系统状态电气量的正确与否是继电保护正确动作的关键㊂电流互感器可以把数值较大的一次电流通过一定的变比转换为较小的二次电流，提供给保护㊁测量等装置［２］用于判断电力系统运行状态，其运行的可靠性及绕组的合理分配对电力系统稳定至关重要㊂因此在设计选型阶段应充分结合一次设备结构特点合理进行保护配置，避免出现保护动作不一致㊁死区等问题，提高继电保护动作的可靠性㊂本文对一起Ｕ型电流互感器双套保护用绕组之间发生击穿的故障进行分析，为后续工程建设及事故分析出现类似情况提供借鉴㊂
１㊀故障概况
２０１８年１１月１６日，某风电场主变压器（以下简称为主变）高压侧电流互感器本体故障击穿，主变Ａ套保护差动速断保护动作，Ｂ套保护差动保护启动，未动作㊂高低压侧断路器跳闸㊂
１ １㊀故障前运行方式
２２０ｋＶ系统单母线运行，１号主变㊁２２０ｋＶ出线运行于Ｉ母线；
１号主变中性点经间隙接地运行㊂３５ｋＶ系统单母线运行㊂风电场主接线见图１㊂１ ２㊀故障后检查情况
现场检查主变保护动作情况㊁一次设备情况，
图１㊀风电场主接线图
㊀
２０２１年
具体如下㊂
ａ
主变保护装置动作情况：Ａ套保护装置差动速断㊁工频变化量差动㊁比率差动保护动作；Ｂ套保护装置启动，未动作㊂
ｂ 检查本次故障前一次保护装置启动时高压
侧采样，２套保护装置采样一致，说明主变２套保护电流回路均无问题㊂
ｃ
主变故障录波装置启动录波㊂录波显示２２０ｋＶ母线电压Ａ降低，主变高压侧Ａ相电流明显增大，故障录波基本与Ａ套保护装置录波一致㊂
ｄ 检查１号主变本体㊁两侧断路器㊁隔离开
关㊁电流互感器等设备，发现主变高压侧电流互感器Ａ相有明显放电击穿痕迹㊂
ｅ
主变高压侧电流互感器为Ｕ型电流互感
器，互感器二次共６组线圈，因现场无互感器相关正式文件，内部绕组分配情况无正式资料，设计图纸按互感器绕组编号进行，与实际结构无法完全匹配，需结合保护动作及实际解体情况进行验证㊂
２㊀故障原因分析
２ １㊀保护配置情况
风电场２２０ｋＶ系统单母线运行方式，母线未配置保护，１号主变配置２套电气量保护和１套非电量保护，具体配置及型号如表１所示㊂
㊀㊀主变保护用电流互感器绕组设计图如图２所示㊂
表１㊀主变保护配置
保护套别型号厂家电气量保护Ａ
ＲＣＳ－９７８Ｅ
南京南瑞继保电气有限公司
电气量保护ＢＲＣＳ－９７８Ｅ
南京南瑞继保电气有限公司非电量保护ＲＣＳ－９７４Ｆ
南京南瑞继保电气有限公司
图２㊀主变保护配置设计图
２ ２㊀保护动作原因分析
根据主变保护装置动作报告及波形分析：主变发生Ａ相接地故障，主变Ａ套保护装置Ａ相采样
电流为２８ ２６Ａ（一次电流约为３３９１Ａ），Ａ相差动电流为７ ７３Ｉｅ，差动速断定值５Ｉｅ，满足保护动作条件，Ａ套保护动作㊂主变Ｂ套保护装置在故障发生后初期，保护装置差流为０，约１５ｍｓ后电流出现较大畸变，产生差流，但未达到定值，Ｂ套保护未动作㊂
结合主变Ａ㊁Ｂ套保护波形见图３，以Ｂ相电压为基准分析２套保护装置高压侧电流可得：主变保护Ａ套电压ＵＢ超前ＩＡ约２７０ʎ；主变保护Ｂ套电压ＵＢ超前
ＩＡ约６０ʎ㊂绘制２套保护电流相量图如图
４所示，
可以看出故障时刻２套保护装置电流方向为反向趋势㊂
图３㊀主变Ａ套㊁Ｂ套保护波形分析
图４㊀主变Ａ套㊁Ｂ套保护电流相量图
结合故障发生在电流互感器内部及上述保护装置采样分析初步判断为主变Ａ㊁Ｂ套保护装置高压侧电流回路应分别取自Ｕ型电流互感器故障点两侧绕组㊂所以Ａ套保护装置感受为区内故障，保护动作正确；Ｂ套保护装置感受为区外故障，保护未动作㊂
２ ３㊀故障录波波形分析
根据故障录波装置波形分析可看出，系统发生近区Ａ相接地故障，２２０ｋＶ母线Ａ相电压从正常值突降至近０，主变高压侧Ａ相约为２８Ａ，与主变Ａ套保护装置录波采样基本一致，说明录波器主变高压侧电流回路绕组应该与主变Ａ套保护装置高压侧电流回路绕组均在Ｕ型电流互感器同一侧㊂主变故障录波图见图５㊂２ ４㊀故障点定位
风电场提供电流互感器绕组分配图如图６所示
２０２１年
齐英伟，等：一起电流互感器故障引起的主变压器跳闸分析
图５㊀主变故障录波图
（此型号互感器厂家已不存在，无正式文件）㊂结合实际解体图见图７，故障点发生在Ｕ型底部，即位于主变保护Ａ套绕组与主变保护Ｂ套绕组之间靠近Ｂ套绕组侧㊂实际故障位置与分析基本一致㊂由此也可判定故障发生在主变保护Ａ
套差动保护区内，主变保护
Ｂ套差动保护区外范围，Ａ套保护可靠动作，Ｂ套保护未动作㊂保护动作行为正确㊂
图６㊀电流互感器绕组分配图
图７㊀故障电流互感器解体图
综上分析，风电场主变高压侧Ａ相电流互感器运行时对地击穿放电，导致主变差动保护动作跳开高低压侧断路器为本次事故的直接原因；现场主变Ｂ套保护用电流互感器绕组取自主变侧而非母线侧，设计未按照十八项反措及标准化设计规范要
求［３］，即Ｕ型电流互感器二次绕组分配原则为保护用电流互感器绕组应取自母线侧，母差用电流互感器绕组应取自出线侧原则进行设计是Ｂ套保护不动作的主要原因㊂
３㊀采取措施
ａ
更换电流互感器㊂Ｕ型电流互感器因其结
构原因，底部发生故障概率较大㊂互感器正立式安装Ｕ型底部易出现积水，潮湿环境下产生的液体会沉积在电容芯棒底部，因此电容芯棒弯曲的部分就成为了绝缘效果最差的地方，长期处于工作状态就容易发生电容芯棒击穿［４－６］㊂建议现场结合实际情况更换其他类型质量较好的电流互感器，避免此类事故再发生㊂
ｂ
调整电流互感器绕组分配㊂对更换后电流互感器绕组分配进行调整，按照十八项反措及标准化设计规范要求，电流互感器二次绕组分配按保护用电流互感器绕组应取自母线侧原则进行设计㊂
４㊀结束语
目前，大部分风电场保护配置并不完善，一般
２２０ｋＶ出线无快速保护，仅配置远跳装置，依靠对侧变电站线路保护及远跳切除故障，２２０ｋＶ无母线保护㊂因此保护范围合理性和动作可靠性尤为重要㊂而互感器的选型㊁绕组分配和安装位置会直
接影响到继电保护的功能及保护范围，在工程设计阶段应予以充分重视㊂
参考文献：
［１］㊀张保会，尹项根 电力系统继电保护［Ｍ］．２版 北京：
中国电力出版社，２００９
［２］㊀国家电力调度通信中心．国家电网公司继电保护培训教材（下册）［Ｍ］．北京：中国电力出版社，２００９
［３］㊀国家电网公司运维检修部．国家电网公司十八项电网重大
反事故措施（修订版）辅助教材［Ｍ］．北京：中国电力出版社，２０１２
［４］㊀王卓然，赵㊀军，冯建萍，等 ２２０ｋＶ电流互感器故障分析
及处理［Ｊ］．河北电力技术，２０１７，３６（２）：４４－４６ ［５］㊀连㊀涛，张㊀鑫 电流互感器㊁电压互感器故障处理方法分析
与研究［Ｊ］．中国高新技术企业，２０１５（９）：１４２－１４３ ［６］㊀张洪铁，沙云鹏，冯祥伟 一起电流互感器的故障分析及
改进措施［Ｊ］．电工电气，２０１６（７）：４４－４６
作者简介：
齐英伟（１９８８），女，学士，工程师，从事继电保护及自动化工作㊂
（收稿日期㊀２０２０－０９－１８）。