電力變壓器是電力系統(tǒng)中的重要設(shè)備，變壓器發(fā)生故障將對(duì)供電的可靠性和系統(tǒng)的正常運(yùn)行產(chǎn)生嚴(yán)重影響。隨著電網(wǎng)容量與社會(huì)用電負(fù)荷的增加，變壓器保護(hù)在保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行中的作用愈加重要。變壓器保護(hù)裝置的誤動(dòng)作會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，這對(duì)繼電保護(hù)專業(yè)人員的運(yùn)維工作質(zhì)量與方法提出了嚴(yán)格的要求。

關(guān)于變壓器保護(hù)裝置誤動(dòng)作的原因，已有學(xué)者對(duì)相關(guān)案例中的變壓器保護(hù)裝置誤動(dòng)作的原因及排查方法進(jìn)行過分析與敘述，在不同運(yùn)行工況下，事故原因也各不相同。

1 故障概述

某110kV變電站，主變?nèi)萘繛?3MV?A，型號(hào)為SZ11—63000/110，高壓額定電流為330.7A，低壓額定電流為3 464.5A，高壓側(cè)電流互感器的電流比為800/1，低壓側(cè)電流互感器的電流比為5000/1。

事故發(fā)生前，該變電站正常運(yùn)行，1號(hào)主變帶10kV 1M母線，2號(hào)主變帶2甲M、2乙M母線，3號(hào)主變帶10kV 3M母線運(yùn)行，10kV母聯(lián)500斷路器、550斷路器分閘位置。

事故發(fā)生后，3號(hào)主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳開103斷路器和503斷路器，10kV備自投動(dòng)作及均分負(fù)荷成功。1號(hào)主變帶10kV 1M、2甲M母線，2號(hào)主變帶2乙M、3M母線運(yùn)行。10kV母聯(lián)500斷路器、550斷路器合位，103斷路器、503斷路器、502甲斷路器分閘。事故發(fā)生前、后變電站內(nèi)運(yùn)行方式分別如圖1和圖2所示。

2 故障排查與原因分析

2.1 一次部分檢查情況

對(duì)3號(hào)主變本體外觀檢查無明顯異常，主變本體油位及變高套管油位均符合要求，無滲漏油現(xiàn)象。壓力釋放閥、主變本體及有載調(diào)壓斷路器氣體繼電器及防爆閥均無動(dòng)作痕跡，本體油溫表及繞組溫度表指示正常，套管電流互感器二次接線盒內(nèi)布線整齊，二次接線無銹蝕粘合現(xiàn)象。

圖1 事故發(fā)生前變電站內(nèi)運(yùn)行方式

圖2 事故發(fā)生后變電站內(nèi)運(yùn)行方式

3號(hào)主變110kV側(cè)103斷路器外觀良好無異常，各SF6氣室壓力正常，機(jī)構(gòu)箱內(nèi)干燥清潔無污物，GIS外觀良好無異常。3號(hào)主變10kV側(cè)503斷路器外觀無異常，瓷瓶等絕緣部件外觀良好，無放電痕跡。斷路器機(jī)構(gòu)各部件正常，機(jī)構(gòu)無卡澀，現(xiàn)場(chǎng)斷路器機(jī)械特性測(cè)試數(shù)據(jù)符合要求。

3號(hào)主變變低進(jìn)線柜內(nèi)部無異常，母排絕緣包裹良好，無放電燒灼痕跡。3號(hào)主變變低電流互感器外觀無異常，二次接線牢固無松動(dòng)。經(jīng)測(cè)試，主變絕緣電阻、套管的電容量及介損、繞組直流電阻各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)均符合要求；主變絕緣油色譜分析組分含量值均在合格范圍內(nèi)，3號(hào)主變本體無異常。

綜合上述檢查結(jié)果，一次設(shè)備狀態(tài)正常。

2.2 二次部分檢查情況

1）定值檢查

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)3號(hào)主變差動(dòng)保護(hù)裝置定值進(jìn)行檢查，檢查結(jié)果是該裝置定值執(zhí)行正確。

2）采樣檢查

現(xiàn)場(chǎng)在3號(hào)主變保護(hù)屏后的端子排處，利用繼保試驗(yàn)儀對(duì)差動(dòng)電流回路進(jìn)行加量試驗(yàn)，退出相關(guān)出口壓板，對(duì)變低電流回路加三相電流2A，對(duì)變高電流回路加三相電流1A，持續(xù)時(shí)間6min，觀察裝置電流采樣正常，無電流缺相的情況，未發(fā)現(xiàn)其他異常情況。

3）電流二次回路外觀檢查

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)3號(hào)主變差動(dòng)保護(hù)低壓側(cè)電流二次回路進(jìn)行外觀檢查，未發(fā)現(xiàn)放電痕跡，并對(duì)其接線進(jìn)行檢查，檢查結(jié)果是端子緊固未發(fā)現(xiàn)虛接情況。

4）電流二次回路絕緣檢查

在10kV高壓室3號(hào)主變變低斷路器柜的端子排處對(duì)差動(dòng)電流回路進(jìn)行回路絕緣測(cè)試，測(cè)試結(jié)果顯示差動(dòng)電流回路對(duì)地絕緣阻值在120MΩ左右，未發(fā)現(xiàn)電流回路絕緣性能降低的現(xiàn)象，3號(hào)主變差動(dòng)電流回路絕緣正常。

5）一次升流試驗(yàn)

在10kV高壓室3號(hào)主變變低斷路器柜處進(jìn)行一次升流試驗(yàn)，對(duì)C相電流互感器加載一次電流300A，檢查3號(hào)主變差動(dòng)保護(hù)裝置和低后備保護(hù)裝置的采樣值，均顯示為0.06A，變低電流互感器電流比為5000/1，因此一次升流試驗(yàn)結(jié)果正確。同時(shí)與電流互感器廠家聯(lián)系，通過分析確認(rèn)本次電流采樣異常不是因?yàn)殡娏骰ジ衅鞅倔w傳變引起的。

6）保護(hù)裝置動(dòng)作分析

復(fù)式比率差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，動(dòng)作電流Idc0=0.37A（復(fù)式比率差動(dòng)保護(hù)差流門檻值為0.36A），跳開103、503斷路器，復(fù)式比率差動(dòng)保護(hù)返回。550備自投動(dòng)作進(jìn)行均分負(fù)荷，合上550斷路器、斷開502甲斷路器。由于502甲斷路器斷開，滿足500備自投的動(dòng)作條件，500備自投動(dòng)作合上500斷路器，500、550備自投均正確動(dòng)作，系統(tǒng)負(fù)荷未損失。

7）故障錄波分析

本站保護(hù)裝置錄波如圖3所示。在保護(hù)動(dòng)作前，根據(jù)電流錄波可以看出，3號(hào)主變差動(dòng)保護(hù)電流回路變高A、B、C三相電流正常，無突變等異常情況，二次電流幅值為0.09A；異常時(shí)，變低A、B兩相電流波形正常，C相電流突然消失為零，C相出現(xiàn)0.37A差流（Idc=Ihca+Iic，Iic消失后，Idc=Ihca=0.214×1.732A=0.37A，其為負(fù)荷電流計(jì)算差流），達(dá)到復(fù)式比率差動(dòng)保護(hù)差流門檻值Idc0，復(fù)式比率差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。

該110kV變電站3號(hào)主變由另220kV變電站二110kV線路供電，提取該110kV變電站3號(hào)主變對(duì)側(cè)線路故障錄波如圖4所示，分析波形發(fā)現(xiàn)該時(shí)刻電流波形穩(wěn)定，幅值正常無突變，說明該時(shí)刻未發(fā)生系統(tǒng)故障，未出現(xiàn)故障電流。由于該110kV變電站3號(hào)主變對(duì)側(cè)線路T接110kV變電站1號(hào)主變，所以該110kV變電站3號(hào)主變跳閘后，該110kV變電站3號(hào)主變對(duì)側(cè)線路電流幅值相應(yīng)變小。

圖3 本站保護(hù)裝置錄波

圖4 3號(hào)主變對(duì)側(cè)線路故障錄波

2.3 綜合分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)裝置記錄及錄波波形，動(dòng)作時(shí)低壓側(cè)C相電流為零，理論分析某一側(cè)電流為零時(shí)有兩種情況，即外部電流回路斷線造成該相沒有采樣值和裝置內(nèi)部回路異常導(dǎo)致電流采樣值為零。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)排查，排除外部交流電流回路斷線。對(duì)于裝置內(nèi)部回路異常，交流小電流互感器回路開路、CPU板AD采樣回路異常等情況均可能導(dǎo)致電流采樣值為零。因保護(hù)裝置采用雙CPU結(jié)構(gòu)，兩塊板都未采集到低壓側(cè)C相電流，初步判斷為交流小電流互感器回路開路。

根據(jù)以上分析情況，對(duì)交流板進(jìn)行測(cè)試以確認(rèn)問題原因。

1）整機(jī)測(cè)試

將現(xiàn)場(chǎng)板件裝入同型號(hào)裝置整機(jī)進(jìn)行采樣及功能測(cè)試，采樣正常，功能測(cè)試正常。

2）回路阻抗測(cè)試

對(duì)交流插件低壓側(cè)C相電流小電流互感器二次回路進(jìn)行阻抗測(cè)試，測(cè)試結(jié)果正常，與功能測(cè)試結(jié)果相符。進(jìn)一步對(duì)該回路進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)低壓側(cè)C相電流互感器引腳存在虛焊。通過顯微鏡檢查，發(fā)現(xiàn)焊點(diǎn)存留焊錫量較少，且焊錫未與引腳融合，存在明顯的分界面。

3）老化測(cè)試

根據(jù)上述分析的結(jié)果，將交流板件放入溫箱，施加1A交流量（電流互感器電流比為1/0.46），并使用示波器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)交流插件輸出值，進(jìn)行-40℃～70℃循環(huán)試驗(yàn)。在5天的高低溫循環(huán)試驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)低壓側(cè)C相電流輸出出現(xiàn)多次不穩(wěn)定、一次為零的現(xiàn)象，分別如圖5、圖6所示。

圖5 低壓側(cè)C相電流輸出不穩(wěn)定

圖6 低壓側(cè)C相電流輸出為零

圖5中，左側(cè)方框內(nèi)為低壓側(cè)C相電流輸出正常的波形，右側(cè)方框內(nèi)為低壓側(cè)C相電流輸出不穩(wěn)定的波形。圖6中，低壓側(cè)C相電流輸出為零。

2.4 原因總結(jié)

本次事故發(fā)生的原因是差動(dòng)保護(hù)裝置內(nèi)交流插件低壓側(cè)C相小電流互感器零件虛焊，焊錫接觸不良造成信號(hào)不穩(wěn)定，導(dǎo)致裝置在正常負(fù)荷的情況下產(chǎn)生差流，引起保護(hù)裝置誤動(dòng)。

該主變差動(dòng)保護(hù)裝置于2003年投運(yùn)，2014年因3號(hào)主變更換過一次電流互感器，因此需要更換交流插件，電流互感器額定電流值由5A改為1A。由于是早期的交流插件，廠內(nèi)已無該規(guī)格的插件，需臨時(shí)生產(chǎn)；交流板所使用的小電流互感器已停產(chǎn)多年，只能使用庫存物料，因庫存物料使用引腳鍍錫工藝容易氧化，導(dǎo)致加工時(shí)容易出現(xiàn)焊錫接觸不良的情況。

3 防范措施

針對(duì)此次由于繼電保護(hù)裝置質(zhì)量問題引起的保護(hù)誤動(dòng)事件，提出以下防范措施：

1）對(duì)變電站內(nèi)采用同一批次插件的保護(hù)裝置，采取插件更換等技術(shù)改造措施，盡早消除同批次工藝插件的缺陷隱患。

2）對(duì)廠家插件的制作工藝提出改進(jìn)需求，均應(yīng)為機(jī)器全自動(dòng)加工，批量生產(chǎn)工藝流程需嚴(yán)格規(guī)范，保證引腳焊接可靠，質(zhì)量檢測(cè)時(shí)需提高對(duì)焊接工藝的檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷，如焊盤空洞、連錫不良等。

3）提高備品備件的管理能力，及時(shí)補(bǔ)充備品備件的庫存數(shù)量，對(duì)不同廠家、不同型號(hào)、不同批次的備件做好數(shù)據(jù)庫的管理與更新。

4 結(jié)論

差動(dòng)保護(hù)裝置內(nèi)交流插件低壓側(cè)C相小電流互感器零件虛焊，接觸不良，導(dǎo)致裝置在正常負(fù)荷的情況下產(chǎn)生差流，引起保護(hù)裝置誤動(dòng)是本次事件的主要原因，變電站繼電保護(hù)專業(yè)的人員與部門應(yīng)將保護(hù)裝置的加工工藝納入設(shè)備管理范疇內(nèi)，需要制定科學(xué)的設(shè)備選型制度，做好設(shè)備數(shù)據(jù)庫的管理與更新，杜絕因廠家加工工藝導(dǎo)致的設(shè)備質(zhì)量問題頻發(fā)而無評(píng)價(jià)機(jī)制與數(shù)據(jù)的情況，從根源上確保設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

本文編自2022年第4期《電氣技術(shù)》，論文標(biāo)題為“一起110kV變壓器保護(hù)異常跳閘事件的原因分析及防范措施”，作者為劉耀云。