某 35kV 变电站在 10kV 出线发生相间故障时越级跳闸的原因分析及处理对策

叶妙凤

广东电网有限责任公司肇庆供电局，广东 肇庆 526060

摘要：某35kV变电站的10kV出线发生短路故障时，#2主变越级跳闸事件，主变高后备保护动作切除#2主变两侧开关，低后备保护及10kV母线上所有10kV线路保护并无保护动作。经过保护动作行为分析发现，未发现保护装置存在故障点，原因与高、低后备保护的灵敏度、保护动作时间失配造成的，通过调整高、低后备保护的灵敏度，避免此情况再次发生。

关键词：短路 越级 灵敏度

引言

某35kV变电站10kV侧出线发生短路故障，该站的#2主变高后备保护复压闭锁过流I段动作出口切除了#2主变变高、变低两侧开关，该故障10kV出线及该主变低压侧后备保护都未动作，属于越级跳闸事件。现对该跳闸事件进行探讨分析。

1. 跳闸事件的发生

1.1 事件简述

2019年01月15日10时25分18秒837毫秒，某35kV变电永固站#2主变高后备保护装置启动，经609ms #2主变高后备复压闭锁过流保护动作,跳开3102开关及5102开关，故障电流2.512A（二次值），故障相C相，变比300/5，折算一次电流150.72A。

2019年01月15日10时25分18秒867毫秒，＃2变低后备保护启动，但没有动作。10kV 2M母线上所有出线间隔均没有保护启动记录。

相关专业对该站的#2主变及10kV#2母线上的所有10kV间隔一二次设备进行事故检查，未发现一二次设备存在故障点。配电部门对该站的10kV出线线路进行特殊巡视，发现该站其中一条10kV出线10kV线路1存在BC相间短路故障现象，这起跳闸事件的故障原因初步确认为该10kV线路的BC相间短路。

2. 保护动作情况分析

2.1 主要设备及功能参数

该35kV变电站保护使配置如下：35 kV主变保护高后备、低后备保护均使用南瑞继保的PCS-9681，10kV线路保护使用北京四方保护的CSC-211。

相关设备CT变低配置如下：#2主变高压侧CT变比为300/5、#2主变低压侧CT变比为400/5、10kV线路2 CT变比为400/5。

相关保护定值配置如下：

表1 定值配置表

2.2事件前运行方式

10kV线路2

50012刀闸

10kV 2M

#2变低

10kV线路1

10kV 1M

#1变低

#1变高

#2变高

35kV 1M

35kV线路1

图1 系统运行示意图

2.3故障过程分析

2.3.1结合#2主变高压侧及低压侧故障时的录波图进行故障分析。

图2 故障期间#2变低故障录波图

对#2变低的故障录波进行分析，得出的结论：①可发现低压侧的B、C相故障电流幅值明显比A相增大，同时B、C相电流幅值相等，相角相差180度，是典型的相间故障电流波形，由此可判断10kV侧应该发生了BC相间短路故障；②由变低录波文件可知，随着故障时间的持续，故障电流最大值约5.82A，低后备过流保护的定值门槛为6.1A，达到了低后备保护的启动值，而未达到动作值，故低后备只是保护启动，而无保护动作，保护正确不动作；③根据当时的运行方式可知，10kV线路1和10kV线路2为负荷侧，由#2变供电， ，未达到10kV线路2的保护启动门槛，故10kV线路2保护未启动，保护正确不启动。

图3 故障期间#2变高故障录波图

对#2变高的故障录波进行分析，得出的结论：①高后备保护在0ms（10:25:18：837）启动，启动值约为2.30A，在600ms时取得C相电流峰值约2.51A，并在609ms（10:25:19:446ms）出口跳闸，高后备保护的保护动作门槛值是2.3 A，保护属于正确动作；②结合#2主变高、低侧录波可知，当低压侧发生BC相间故障时，高压侧C相电流会增大，A、B相电流接近相等。

综合结论：由上述录波分析可得出结论，该故障事件中，保护是正确动作的，之所以发生越级跳闸，是由于#2主变高、低后备以及10kV线路2之间的定值失配造成的。

2.3.2 故障理论分析（注：低压侧用abc表示，高压侧用ABC表示）

根据故障序分量分析原理，低压侧bc相间短路故障的故障量边界条件为： ， ， ，同时根据特征相 ，可以推算出A相序分量之间的关系， ，然后根据abc相序分量之间的相角关系可以画出图4 故障序分量图中低压侧部分的序分量图。

根据YD11型变压器的高低侧电流的相角关系（注：此分析中高压侧CT以流入主变为极性，低压侧CT以流出主变为极性），可得出图4 故障序分量图中高压侧部分的序分量图。

根据相量关系，不难得到低压侧这折算到高压侧后的故障电流与高压侧故障电流之间的大小关系如下： ，其中 为变压器低压侧与高压侧之间的变比，即_，高压侧C相电流为低压侧b相（或c相）折算后电流的 倍。

图4 故障序分量图

_{该短路故障中，故障时刻的低压侧最大短路电流是5.82A。根据以上结论，理论上短路时刻高压侧最大短路电流应为：，与实际值接近，证明理论分析正确。}

3. 处理对策

在不考虑调整10kV线路2保护定值（注：考虑保10kV线路间隔电流互感器）的前提下，为保证#2主变低后备保护灵敏度，不宜调整#2主变低后备保护过流定值。通过上述的故障分析可知，#2主变低压侧后备保护的动作门槛值为6.1A时，高压侧在与低压侧相同灵敏度下的门槛值应为：

。

原来的定值整定问题在于：高低侧后备保护的动作门槛值，都按照各侧额定电流下相同的可靠系数（ =1.1）来计算，但是未考虑相间故障时高低侧电流的 的倍数关系，使得高低侧之间的定值之间失去定值大小的配合关系而发生越级跳闸。

_{处理对策：}根据《Q/CSG1204076-2020 10kV~110kV系统继电保护整定计算规程》

提供的可靠系数取值范围，将#2主变高后备保护过流定值的可靠系数调整到较大值，保证#2主变高后备保护的选择性。由于该35kV变电站是单35kV电源、双主变结线方式，即使将#2主变高后备保护过流定值的可靠系数取较大值，亦不影响与上级电源的过流定值的配合。

《Q/CSG1204076-2020 10kV~110kV系统继电保护整定计算规程》中，35~110kV变压器高压侧过电流保护的整定方法如下：

不经复合电压闭锁时，过电流定值考虑按躲备自投动作后变压器可能的最大负荷电流整定：

式中：

——可靠系数，两台变压器容量相同时建议取2.2；

——返回系数，微机型取0.95～1，电磁型取0.85；

——变压器高压侧额定电流。

而低后备过流保护的整定值保持可靠系数 按原来的取值 =1.1计算，高低侧的门槛值成2倍的关系，大于上述理论分析的高低压侧 的倍数关系，则可以解决高、低侧后备保护定值配合问题。若发生案例中的区外故障，高低侧都可靠不动作¹。

4. 结束语

本论文就某35kV变电站在10kV出线发生相间故障时越级跳闸事件展开了理论分析，通过故障分量计算分析及相量分析的方法，得到的结论是对于变电站中“Y/∆”接线方式的变压器，其低压侧即∆接线侧发生相间短路故障时，高压侧通过变压器传变后的最大相故障电流（标幺值）是低压侧故障相电流（标幺值）的 倍。若主变高压侧后备保护在动作定值的整定计算时，仅仅考虑变压器各侧的额定电流，而未考虑到低压侧相间故障（他侧故障的最小方式）下高低侧之间 的倍数关系，则会造成高压侧与低压侧后备保护定值大小之间失去配合的问题，从而导致在低压侧发生相间故障时，在低后备的临界动作区内，发生高压侧后备保护越级跳闸的电网事故。故，在“Y/∆”接线方式的变压器的后备保护整定计算中，高、低侧后备保护的动作电流门槛值，宜按照不同的可靠系数来计算整定，保证高、低压侧后备保护的定值大小上的配合关系，确保高压侧后备保护的选择性。

5. 参考文献

[1] 《Q/CSG1204076-2020 10kV~110kV系统继电保护整定计算规程》[S],2020:40-41.