一起220kV主变保护区外接地故障误动的分析
一、事故简述
XXXX年XX月XX日，某220kV变电站甲线发生A相单相接地故障时，#1主变两套纵联差动保护误动，跳主变三侧开关。造成#1主变5条110kV线路失电、4条35kV线路失电。
事故前该站主接线如图1所示:
图1 某220kV站系统接线图
故障前，220kV所有线路、母联、主变开关在运行位置，220kV线路均为系统联络线。其中#1主变220kV侧中性点接地运行，#2主变220kV侧中性点通过间隙接地运行。35kV、110kV系统分列运行，且都无电源，110kV系统出线馈供的主变中性点均通过间隙接地运行。#1、#2主变容量均为180MVA，铁芯结构三相三柱式，接线组别YNyny d-12。
主变保护双套配置，差动保护电流互感器使用开关电流互感器。三侧电流互感器二次星型接入。差动保护电流互感器的位置如图3所示。
二．事故原因分析
主变差动保护装置报文：
“比例差动动作”
“动作相别ABC相”
“差流Id=1.4Ie”
分析#1主变保护录波图，可以看出该主变三相差流幅值及相位基本相同。二次值约4.8A（有效值）。
故障录波器显示#1主变高压侧开关三相电流幅值及相位也基本相同。二次值5A（有效值）左右。
从主变差动保护三相差流大小相同，方向相同这一特点可初步得出，该三相电流为零序电流。由于差动保护动作时间与甲线保护动作时间一致，初步判断#1主变的零序电流是由于甲线接地故障引起。
对#1主变零序电流进行分析，故障零序网络如图2-2所示：
图2 故障零序网络图
U0为甲线故障点零序等效电压源；Zs0为甲线对侧系统等值零序阻抗；Zs0‘为本站内其余线路及线路对侧系统等值零序阻抗；Zl0、Zl0’为甲线故障点两侧线路零序阻抗；
ZB10为主变高压侧零序阻抗；ZB20为主变中压侧零序阻抗；ZB30为主变平衡绕组零序阻抗；ZBu0为主变零序励磁阻抗，该变压器为三相三柱式铁芯，零序磁通无独立铁芯回路，需通过气隙和油箱壁构成回路，所以磁阻大，励磁阻抗小，因此零序励磁阻抗应为有限值。其中IB10是主变高压侧的零序电流。
零序电流在变压器绕组中的分布，如图2-3所示：
图3 零序电流在#1主变各绕组的分布示意图
从图3中可看，变压器分得的零序电流IA0、IB0、IC0流经高压侧差动TA，然后流经高压侧绕组。由于主变35kV侧中性点不接地，所以35kV侧零序阻抗为无穷大，因此不产生零序电流。110kV侧虽然中性点接地运行，但由于其馈供系统的变压器均不接地运行，因此主变110kV侧零序阻抗呈开路状态，也不产生零序电流。由于平衡绕组是头尾相连的封闭的变压器付方绕组，因此感应至平衡绕组的三相零序电流Ia0、Ib0、Ic0大小相等、方向相同，在平衡绕组中形成环流。
从上述分析，可看出由于甲线接地故障引起的零序电流流过高压侧差动TA，在中低压各侧差动TA中均无零序电流与其平衡，这些零序电流呈现单边的差流性质。如果零序电流大到一定程度势必造成差动保护误动。
但是为了防止这种区外接地故障造成的零序差流误动，一般纵联差动保护的差流计算中都有滤除零序电流的措施。为什么该#1主变差动保护无此功能呢？
对#1主变差动保护进行检查性试验，在高压侧通入大小相等，相角相同的三相电流，电流幅值大于差动门槛计算值，试验结果三相比例差动动作，报文与事故时一致。至此本次差动保护误动的原因基本清楚，原因为差动保护差流计算程序中无滤除零序电流的措施所致。
进一步检查，发现当差动保护定值整定项中，变压器接线形式若选择YNynd-11时，则差动保护具备滤零措施。而选择YNyny-12时则无滤零措施。
三．采取的措施和经验教训
1．本次事故的主要原因为主变差动保护原理缺陷所致，应对差动保护执行反措，要求保护装置生产厂家修改差流计算程序，增加接线形式为YNyny-12时的零序电流滤除功能。
2．应加强基建新投运保护的验收，特别是第一次使用或较少使用的保护装置应重视保护原理方面的验收。避免类似问题再次发生。
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