Kazo Analizo pri Malĝusta Funkciado de la Superrula Protektrelaĵo de la Terkonektita Transformilo

Kampo: Fiasko kaj Manteno

China

Neŭtrala terigomodo rilatas al la konekto inter la neŭtrala punkto de la energisistemo kaj la tero. En Ĉinio, en sistemoj de 35 kV kaj sube, komunaj metodoj inkluzivas ne-terigitan neŭtralon, ark-supresan spirkan terigon, kaj malgrand-resistancon terigon. La ne-terigita modo estas vaste uzata pro sia permeso de mallonga operacio dum unu-faza tera kortuŝo, dum malgrand-resistanca terigo estas iĝinta主流模式，因为它能快速切除故障并限制过电压。许多变电站安装接地变压器以改造中性点接地，但改变后的故障特性会影响继电保护，可能导致误动或拒动。

本文介绍了接地变压器的原理和特点，阐述了小电阻系统中的电流保护配置/整定，分析了误动原因，并通过一个单相接地案例剖析了保护动作及故障根源。它为故障处理/预防提供了参考，加深了维护人员的理解，提高了故障排查效率，消除了潜在隐患。

接地变压器的工作原理

在将三角形连接、中性点不接地的变电站改造为小电阻接地系统时，为了引入中性点，最常用的做法是在母线上增加一台接地变压器。目前，通常选择Z型接地变压器来引入接地。接下来将分析Z型接地变压器的工作原理。

Z型接地变压器在结构上与普通电力变压器相似。然而，每个相芯上的绕组分为两部分，上下各一半，以曲折形状连接。其接线方式如图1所示。

当发生接地短路时，零序电流通过中性点流入。Z型接地变压器的曲折连接使上下绕组的零序电流相互抵消，磁通量相互抵消，最小化零序阻抗，避免弧光接地过电压过大。对于正序/负序电流，其类似于常规变压器的电磁特性产生高阻抗，限制其流动。

在正常运行时，接地变压器接近空载（无二次负载）。在接地故障期间，正序、负序和零序故障电流通过它。由于“高正序/负序，低零序阻抗”，保护装置主要测量电网的零序电流。

2 接地变压器电流保护的配置与分析

接地变压器电流保护通常采用相间电流保护和零序电流保护。具体如下：

2.1 相间电流保护的整定
2.1.1 整定原则

该保护包括瞬时跳闸和过流保护：

瞬时跳闸：与同侧电源变压器的后备过流保护配合。确保在两相短路（最小运行方式）下的灵敏度，并避开励磁涌流（7-10倍接地变压器额定电流）和低压侧故障电流。
过流保护：设置以避开接地变压器的额定电流和外部单相接地时的最大故障相电流，确保可靠性。
动作逻辑：瞬时跳闸立即动作（无延时）；过流保护（作为相间短路的后备保护）有短延时，设置较低以便分级配合。

2.1.2 跳闸方式

根据接地变压器与电源变压器的连接方式：

连接到低压母线：瞬时跳闸/过流保护跳同侧断路器，快速隔离故障。
连接到低压引线：保护跳所有侧断路器，切断故障路径，防止故障扩大。

2.2 接地变压器零序电流保护的整定
2.2.1 整定原则

电流整定值应确保在单相接地故障时有足够的灵敏度。
与下级零序电流保护的全线路灵敏度的长延时整定值配合。
对于零序电流的第一时限，应考虑避免两条线路相继发生单相接地故障。
动作时间应大于母线上各连接元件的零序电流II段的最大动作时间。

由于接地变压器的零序电流保护不是主保护，因此有三个时限，如下所示：

公式中：\(t_0^1\)，\(t_0^2\)，\(t_0^3\) 分别是接地变压器零序电流保护的第一、第二和第三时限；\(t_{0\text{I}}'\) 是出线零序电流I段的时间整定值；\(t_{0\text{II}}'\) 是除接地变压器外母线上所有设备零序电流保护II段的最长整定时间；\(\Delta t\) 设置为0.2-0.5秒。

2.2.2 跳闸方式

当接地变压器连接到相应变电站的母线时，零序电流保护动作：第一时限跳母联断路器或分段断路器，并闭锁自动备用电源投入装置（简称“自投”）；第二时限跳接地变压器同侧断路器和电源变压器。
当接地变压器连接到电源变压器的相应引线时，零序电流保护动作：第一时限跳母联断路器或分段断路器，并闭锁自投；第二时限跳电源变压器同侧断路器；第三时限跳电源变压器各侧断路器。

2.3 接地变压器电流保护动作分析

对接地变压器保护配置的分析显示，相间电流保护和零序电流保护的跳闸方式存在显著差异：零序保护在动作时闭锁自投，而相间保护则不闭锁。

如果保护装置测量到的零序电流达到动作值并且发生了接地故障（在小电阻接地系统中，接地变压器是唯一的零序电流路径），装置检测到故障但无法定位。如果故障发生在出线上，在保护跳开接地变压器后，自投切换到备用母线。如果备用母线重合到故障线路上，上面的接地变压器仍然会检测到零序电流，再次触发跳闸。由于自投尚未完成充电，停电范围可能会扩大。因此，零序保护必须闭锁自投。

当相间保护动作（但零序保护不动作）时，装置判断接地变压器本身发生了相间短路。它跳开接地变压器，同时跳开电源变压器同侧断路器，自投切换到备用母线。由于故障在被跳开的接地变压器上，备用母线重新连接到正常线路，恢复供电。

综上所述，接地变压器的相间电流保护和零序电流保护在故障原因和位置判断上有很大不同，需要不同的设置和配置。但在接地短路时，相间保护可能因测量到的零序分量而误动。鉴于它们不同的自投逻辑，误动可能导致故障范围扩大，甚至导致整个变电站停电。

3 案例分析
3.1 故障过程

110 kV 变电站的一次接线图如图2所示。故障前，1号变压器低压侧018断路器合闸，2号变压器低压侧032断路器合闸，034断路器处于试验位置。

2023年7月30日06:14，2号接地变压器的过流I段保护动作，跳开2号接地变压器022断路器。同时，联动跳开2号变压器低压侧032断路器，造成10 kV II段和III段母线失电。自动备用电源（自投）装置动作，合上10 kV I/II段母联020断路器。

06:36，1号接地变压器的过流I段保护动作，跳开1号接地变压器015断路器，并联动跳开1号变压器低压侧018断路器，导致10 kV I段、II段和III段母线全部失电。自投装置随后合上2号变压器低压侧032断路器和2号接地变压器022断路器。但故障仍然存在，再次触发2号接地变压器的过流I段保护。022断路器跳闸并联动跳开032断路器，最终导致变电站10 kV系统全站停电。

3.2 现场设备检查结果
一次设备检查发现：

接地变压器本体：1号和2号接地变压器未发现异常，绕组和铁芯无明显故障痕迹。
10 kV III段母线PT间隔（040开关柜）：

开关柜顶部盖板有明显水渍，表明雨水渗入。
手车室挡板C相位置严重烧蚀，上挡板有两个穿孔。
C相上接触箱和静触头烧焦损坏，箱内积水。
避雷器手车C相上下动触头有电弧烧伤痕迹，弹簧退火，触臂绝缘筒损坏。
母线室C相母线外绝缘套管烧裂，母线室背板C相区域有水渍渗透，带电显示器传感器上有凝结水滴。
电压互感器室内底部有少量积水，三相PT外观无明显异常。

10 kV III段母线PT间隔上方的钢支架漏水渗入开关柜，绝缘性能下降，导致C相放电，发展成金属性接地故障。在小电阻接地系统中，2号接地变压器检测到约4.3 A/相的零序电流（超过2.5 A的过流I段整定值），触发跳闸。过流保护不闭锁10 kV自投，导致反复操作。最终跳闸后自投未充完电，导致10 kV全站停电。

关键因素：“相电流零序抵消”控制字被禁用（设置为“0”），未能软件滤除相电流中的零序分量。13 A的零序电流导致过流保护误动。正确启用此控制字可以防止故障。相反，零序过流保护I段（整定值为1.4 A）动作：第一时限跳母联并闭锁自投；第二时限跳接地变压器和主变压器断路器，隔离II/III段，I段保持供电。

根本原因：禁用零序抵消控制字导致相电流误判。

4 结论

本文概述了接地变压器保护设置，分析了高零序电流下的误动风险，并提供了一个案例研究。为防止类似故障再次发生：