2022, Vol. 40
变压器作为电力系统中至关重要的一次设备，主要用于电压、电流变换，其保护装置能否正确动作是确保变压器安全隔离故障的关键[1-3]。差动保护作为变压器的主保护，具有极高的灵敏度，在二次回路接线正确的情况下，发生区内故障时能够有选择地快速切除故障点，发生区外故障时可靠不动作。当二次回路出现问题时，就可能造成差动保护误动的严重后果[4]。本文针对一起10 kV出线短路故障，断路器拒动导致故障越级至主变压器低压侧，低压侧二次电流回路误接线引起主变压器差动保护越级跳闸的事故进行分析，并据此提出相应的防范和改进措施。
1 事故概况 1.1 事故前运行方式某110 kV变电站共有2台主变压器，接线方式为YN/Y/△，110 kV、35 kV、10 kV均采用单母线分段接线方式，电气主接线如图 1所示。事故前1号、2号主变压器处于分列运行状态，113分段、313分段、910分段断路器均在分位，151进线Ⅰ、153进线Ⅱ作为进线电源分别接在Ⅰ母和Ⅲ母上，10 kV侧Ⅰ母接有多条用户间隔，Ⅱ母无用户间隔。
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| 图 1 110 kV变电站电气主接线图 Figure 1 110 kV substation electrical main wiring diagram |
某日03：35.30.411，10 kVⅠ母912出线2间隔过流Ⅰ段保护动作，912开关无变位；03：35.30.412，1号主变压器突变量保护启动，03：35.30.432，1号主变压器差动保护动作，跳开三侧开关；03：35.30.471，912出线2间隔过流Ⅰ段保护动作恢复，故障点被切除。
2 事故原因分析 2.1 事故调查现场调取保护装置动作报文，912出线2间隔保护装置报文显示L1、L2相发生相间短路故障，短路电流IL1=34.18 A，IL2=34.82 A，IL3=0.11 A，过流Ⅰ段保护动作，无开关变位信息；检查高压室发现912开关在合位，且后台遥控912断路器跳闸失败，经开关柜就地强制操作分闸。1号主变压器差动保护装置动作时电流采样数据见表 1。
| 表 1 1号主变压器差动保护装置动作电流采样值 Table 1 No.1 transformer differential protection device operating current sampling |
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随后调取1号主变压器和912出线2的相关保护定值，见表 2。
| 表 2 1号主变压器、912出线2相关保护定值 Table 2 No.1 transformer and 912 outlet 2 related settings |
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对912出线2开关柜进行检查，在保护装置过流Ⅰ段正确动作的情况下，912开关未跳闸；检查控制回路发现无断线、接地等异常情况；检查操作机构发现分闸挚子因年久老化导致位置卡涩，电衔铁无法正常触及跳闸，经强制分闸后位置恢复正常。随后多次对模拟故障试验，912保护装置均能正常动作，传动出口跳闸无误。
对比912出线2和1号主变压器保护装置动作报文发现两者显示的故障相不一致，根据1号主变压器低压侧显示的三相电流值判断故障相应为L2、L3相，而912出线2显示故障相为L1、L2相，初步判断两者中有相序接反情况。检查912 TA二次回路接线无误。检查1号主变压器低压侧901 TA二次回路，发现L1、L3相相序接反，且差动保护回路的TA准确级未按规定接到10P25保护级绕组，而是接到0.5测量级绕组上，现场接线如图 2所示。
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| 图 2 1号主变压器低压侧TA二次回路接线 Figure 2 No.1 transformer low-voltage side current transformer secondary circuit wiring |
相间短路故障发生在912出线2，对于1号主变压器差动保护而言属区外故障，正常情况下穿越性故障电流差流很小，差动保护不会动作。由于912断路器操作机构卡涩无法瞬时切除故障，因此越级至1号主变压器低压侧后备保护延时动作跳开低压侧901断路器进而切除故障点。从现场勘察情况初步判断，造成1号主变压器差动保护误动的原因可能为主变压器低压侧TA准确级接错或二次电流回路相序接反。
针对因主变压器低压侧901 TA准确级接至测量级可能造成短路故障，TA由于铁心饱和限制低压侧二次电流，致使主变压器产生差流，差动保护动作的情况进行分析。故障线路912出线2 TA变比为300/5，故障时保护装置显示二次短路最大电流为34.82 A，变换成一次电流为2 089.2 A，1号主变压器低压侧TA变比为5000/5，变换成低压侧二次电流则为2.09 A，该值小于1号主变压器差动保护装置动作时显示的低压侧二次电流2.194 A；因而可以判定故障时主变压器低压侧TA并未达到饱和，准确级接错不是造成本次主变压器越级跳闸的直接原因。
2.2.2 分析计算 2.2.2.1 变压器正常运行以事故现场型号为DF3330E三圈变压器差动保护装置为例，当变压器正常运行时，高低压侧各相电流向量如图 3所示。
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| 图 3 正常运行时高低压侧各相电流向量图 Figure 3 The current vector diagram of each phase on the high and low voltage sides during normal operation 图中：IA、IB、IC —高压侧L1、L2、L3相电流；Ia、Ib、Ic —低压侧L1、L2、L3相电流。 |
差动保护装置中计算各相差流为：
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式中：Ida、Idb、Idc —L1、L2、L3相折算到高压侧的差流；
kL —低压侧平衡系数。
2.2.2.2 L1、L3相相序接反（1）当主变压器低压侧TA二次回路L1、L3相相序接反时，高低压侧各相电流向量如图 4所示。
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| 图 4 L1、L3相相序接反时高低压侧各相电流向量图 Figure 4 The current vector diagram of each phase on the high and low voltage sides when L1 and L3 phase are reversed |
此时差动保护装置中计算各相差流为：
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可见，二次电流回路相序正确时，差动保护装置计算各相差流均为0，差动保护不动作。而当低压侧二次电流L1、L3相相序接反时，差动保护装置计算L1、L3相的差流大小将从0上升至
（2）912出线2间隔发生L1、L2相相间短路故障时，变压器高低压侧电流变化如图 5所示。
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| 图 5 变压器低压侧L1、L2相相间短路 Figure 5 Phase-to-phase short circuit of L1L2 on low-voltage side of the transformer 图中：Ia△、Ib△、Ic△ —低压侧L1、L2、L3相绕组电流。 |
由故障情况可知：Ia= -Ib，Ic = 0，Ia△ + Ib△ + Ic△ = 0，Ia△ - Ib△ = Ia，Ic△ - Ia△ = 0。
通过计算得出：
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| 图 6 L1、L2相相间短路，L1、L3相相序接反时高低压侧各相电流方向 Figure 6 The current vector diagram of high and low voltage sides of phase-to-phase short circuit of L1L2 while L1 and L3 phases are reversed |
根据差动保护装置差流计算公式可得出各相实际差流为：
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由理论计算结果可以看出，L1、L3两相的差流大小相等，L2相差流为0，结合现场采集的低压侧电流数据能够计算出L1、L3两相差流值均为0.83×2.194 A=1.82 A，与现场变压器差动保护装置采集的差流数据基本吻合。
2.2.2.3 结论综上所述，可以判定本次变压器差动保护越级跳闸的直接原因是912出线2发生相间短路故障，断路器跳闸失败，短路故障扩大到1号主变压器，主变压器低压侧二次电流回路L1、L3相相序接反，造成变压器差动保护装置内计算差流超过差动保护动作值，差动保护瞬时动作进而引发变压器跳闸事故。
3 防范措施建议理清事故原因后，更正1号主变压器低压侧TA二次回路相序和准确级接线，经带负荷送电测试后，设备运行正常，三相电流相位无误，变压器差动保护装置差流恢复正常。针对本次事故暴露出的问题，提出以下四点建议。
（1）重视设备年久老化问题。对于运行年限较长的断路器、隔离开关等设备，为防止发生故障时设备拒动，扩大事故范围，应经常性地检查设备分合闸等操作是否正常，及时发现设备内部存在的缺陷，以便尽早安排检修或更换。
（2）加强TA及其二次回路的验收工作。在基建工程验收阶段，调试人员应当加强对二次回路的验收排查，特别是涉及差动保护的TA二次回路，应对设备铭牌、接线、准确等级以及极性进行确认[7-8]熟练使用380 V交流法从变压器一次升流来验证主变压器差动保护电流回路接线的正确性，这是确保电流回路正确行之有效的方法。
（3）重视差动保护投运后带负荷检查。在变压器带负荷送电后，给定变压器参考电压，确定潮流方向，判断有功和无功功率的方向，熟练使用相位表测量各侧电流的幅值和角度，通过绘制六角图观察相对电流角度的相位差，能够再次确认电流回路接线的正确性[9-11]。
（4）加强日常设备巡视。在投产运行阶段，运行人员应当加强对二次设备的日常巡视，检查保护装置采集电流、电压等数据是否正常，发现不正常运行状态及时记录上报，从而避免事故的发生。
4 结束语继电保护作为电网运行的一道重要防线，对于电力系统的安全可靠运行起着至关重要的作用，任何保护装置的误动、拒动都将对电网的稳定造成很大影响。本文通过对一起110 kV变压器差动保护越级跳闸事故，分析了由于10 kV出线短路故障断路器跳闸失败造成变压器差动保护越级跳闸的事故经过，并对区外相间短路故障造成变压器差动保护误动的两种原因进行向量计算分析，最终确定了引发事故的直接原因为变压器差动保护TA二次回路误接线，对此提出防范措施，为今后变电站TA二次回路的正确接线和校正，快速查找类似跳闸事故原因，缩短故障停电时间提供了经验借鉴。
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