1 前言 2002年6月5日傍晚,武汉市武昌关山变电站周围出现雷雨天气,大雨伴着大风降至变电站及周围。17时06分06秒,关山站监控系统事故音响启动,监控信息显示: 220kV关凤线主I、主II高频距离保护出口、220kV 2号母线母差保护动作。运行于该母线上的所有开关分闸,220kV 2号母线失压。检查后初步断定,造成母线母差保护动作的原因是关凤线A、B两相CT顶部金属罩间击穿放电所致。 关凤线CT为SF6绝缘,正常运行时,SF6压力是0.38Mpa,低于0.35Mpa时报警。故障后检查SF6压力为0.38Mpa, 压力正常,说明故障是雷雨大风造成。本文只对这起故障的疑点和继电保护动作的行为作进一步分析。
2 故障录波图形及故障过程分析 2.1故障录波图 为便于以后分析,以IA、IB、IC分别表示A、B、C相的一次电流,对应的二次电流分别以Ia、Ib、Ic表示,以3I0表示零序电流。图1为故障时,关山站关凤线电流录波图形。

图1 故障时线电流录波图 (0.046~0.49s间部分录波图已剪切) 2.2故障电流录波图分析 由图1可见,录波图中出现故障电流的3个时间段: (0.046~0.49s间的部分录波波形已剪切后缩短成图1)。 (1)从故障时刻0s至0.046s, 关凤线IA及3IO较大,IA达19.2kA, 3IO达20.4kA。说明A相接地。 (2)0.49~0.56s,关凤线IA、IB及3IO较大,A、B相电流相位大致相同,A相电流IA略大于B相,达8.5kA,IB达8.1kA,3IO达16.4kA。 (3)0.56~0.59s,关凤线IA、IB较小,相位相反,大小相等,达1.7kA。 关凤线录波组CT变比是1200:1,因此,以上故障的一次电流值是按1200:1,由录波图大致折算得来的。 2.3 故障过程分析 根据录波图,结合保护动作情况,可以认为故障经历了3个阶段: (1)关凤线发生线路A相接地故障,0.046s后,关凤线主I、主Ⅱ高频保护动作,分A相开关。 (2)在0.49s,关凤线凤凰山变电站侧发生A、B两相CT顶部金属罩间放电,由于线路A相接地故障并未消除,此时,B相经A相发生接地故障,0.56s,关山站220kV 2号母线差动保护动作,使运行于该母线上的所有开关分闸,并闭锁重合闸。 (3)0.56s关山站220kV 2号母线差动保护动作后,关山侧凤26号开关分闸,线路B相由凤凰山变电站侧供电,由于A相接地,B相经A相发生接地故障,0.59s,关凤线凤凰山侧开关分闸,故障接地点与系统分离。 2.4疑点 根据故障类型分析,对照录波图形,还存在几个主要问题需进一步解决: (1)在故障的第2阶段,关凤线关山侧IA略大于IB,且相位相同。但在故障的第3阶段,却为什么转变成IA-IB,且相位相反呢? (2)220kV 2号母差保护动作是按相配置的,动作的是哪一相? (3)在故障的第3阶段,关凤线凤凰山同侧录波器录得IA=IB=36kA(数据由凤凰山变电站提供),而关山站录得的IA=IB=17kA,为什么凤凰山侧电流是关山侧的2倍?
3 故障电流分析及计算 3.1故障电流分析 关凤线A、B相CT的放电点是在CT顶部的金属外罩,金属外罩与CT一次绕组的连接方式决定故障电流的流向以及保护的动作范围。因此,金属外罩与CT一次线组的连接方式成为分析 问题的关键。检查拆下关凤线A、B相CT一次绕组接线,发现实际接线如图2所示。 从而可知,关凤线CT一次两个绕组的串联是通过CT顶部的金属外罩实现的,而A、B相CT的放电点就在CT顶部的金属外罩,其接线原理如图3所示。

根据图3和图1,可进行如下分析: (1)关凤线首先发生A相接地故障,0.046s后,关凤线两侧主I、主Ⅱ高频距离保护出口分A相开关,保护正确动作。 (2)A相开关分闸后,0.49s发生关凤线凤凰山侧,A、B相CT放电故障,这时,A相接地故障并未消除,故障实际上是关凤线B相经A相接地,原理如图4所示。此时,在A相二次感应到的电流IA=IB1+IB2,而B相电流由于IB1、IB2反极性流入,因此在B相二次感应到的电流由IB1-IB2组成。由于故障点靠近关山侧,IB1应远大于IB2,因此IB1+IB2略大于IB1-IB2,且相位应由IB1决定,所以A相电流略大于B相电流,且相位大致相同,这一分析结果与录波图1相吻合。
 (3)0.56s后2号母线母差保护动作,关山侧三相开关分闸,但凤凰山侧B相开关仍在运行中,故障转变成关凤线凤凰山侧B相经关山侧CT放电点发生A相接地,原理如图5所示。

关山侧A相二次感应电流Ia=Ib; A相电流与B相相等,且相位相反。在0.59s凤凰山侧保护动作,切除故障,这一结果与录波图吻合。 从以上(2)、(3)的分析结果可得出,在故障的第2阶段,关凤线关山侧A相故障电流值略大于B相,且相位大致相同,在故障的第3阶段,转变为A相故障电流等于B相电流,且相位相反。 3.2故障电流计算分析 由于CT在一次两个绕组相串联时,CT的变比是1200: 1; 而两绕组并联时,因磁通的反向,变比减小。那么,在CT一次两绕组串联时,电流只流经其中1 个绕组时,电流产生的磁通将减少一半,二次感应电流也将减小一半,此时的CT变比将减少1倍,为600: 1。因此,关凤线关山侧CT二次侧测出的感应电流值偏小一倍。 据此,在故障的第3阶段,关山侧的一次故障电流应按2×1.7kA计算,其值与凤凰山侧大致相同。这就是关凤线凤凰山侧A、B相电流为关山侧2倍的原因。而在故障的第2阶段,IA应按2×8.5kA,IB应按2×8.1kA计算。
4 母差保护动作分析 由图4可知,在关凤线两侧A相开关分闸后,220kV 2号母线A相母差感应电流是IA,母差动作整定一次值为3.0kA,IA=8.5kA>3.0kA,因此,在0.56s A相母差动作,动作正确。 当不考虑IB2的影响时,B相母线一次电流是平衡的,即流入母线的电流和等于流出母线的电流和,但由于关凤线B相CT变比减小1倍,而其他线路CT变比没有变,因而实际上二次侧感应到流入母线的电流和等于流出母线电流和的1/2倍,二次电流不再平衡,B相母差感应电流值应为0.5Ib1,折算到一次约为8.1kA,大于整定值3.0kA,若再考虑IB2的影响,由于IB2反极性流入,实际上B相母差感应的电流值仍大于3.0kA。在0.56s,B相母差也动作。
5 结语 这次故障主要表现在两方面: 1、故障的发展经历了由A相接地到B相通过CT放电点接地的过程; 2、CT一次两个绕组的串接方式。借助于对故障录波图的分析,可以肯定,在整个故障发展过程中,包括线路保护,母差保护在内的继电保护动作行为是正确的。⊙
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