第五章互感器爆炸及二次回路故障.

1、F1!二回 FQ 二凰 FX回IS5-I事啟涉及的线路简图第五章 互感器爆炸及二次回路故障及异常运行的典型案例分析第一节500kV线路电流互感器爆炸造成多条220kV线路跳闸事故分析电流互感器爆炸事故在变电站一次设备事故中是非常严重的，在某一段时间内，系统内同一型号的电流互感器在不同地区发生了多支充油式电流互感器爆炸事故，爆炸后对变电站其他设备的损坏是严重的，有的爆炸故障甚至波及到其他线路。本案例选取了某500kV变电站FN线FI2断路器电流互感器(A相)爆炸事故，希望能通过本案例分析，使现场运行 人员掌握对案例中涉及的知识点。本案例分析的知识点：(1) 保护的配置及基本原理。(2) 允许式保

2、护的概念。(3) 区内、外的故障分析。(4) 3/2断路器接线方式线路 断路器优先重合的概念。(5) 故障录波图的识图及信息 分析。(6) 扩大事故处理方法。(7) 电流互感器二次接线存在 问题对保护的影响。一、事故涉及线路事故涉及线路如图 5-1所示。二、事故前的运行情况事故前，本站 500、220、35kV 系统均为正常运行方式，其中 500kV YF 线有功功率为了 490MW，无功功率为一39Mvar;GF线有功功率为一 643MW，有功功率为一8Mvar ； FN线有功功率为114MW，无功功率为一69Mvar (上述负荷均为18:00时报)。FN线为该站扩建新 设备，并于2000年

3、10月29日11时15分送电试运行，此扩建工程所使用的电流互感器为充油式电流互感器。事故前本地区500、220kV电网运行正常，系统无任何操作和扰动，18时15分运行人员巡视时未发现异常。跳闸前主要负荷如表 5-1所示。表5-1跳闸前主要负荷表线路名称电流（A）有功功率（MW无功功率（Mvar）FN线16011469GF线7326438YF线56849036FH二回25010010FQ二回29511416FX 一回34011314三、跳闸过程（1）18时30分55秒，500kVFN线F12断路器A相电流互感器爆炸接地，F12、F11断路器相继跳闸，968ms后F12断路器A相重合于故障，500

4、ms后F12断路器三相跳闸。由 于F12断路器优先重合，F12断路器重合不成功时，F11断路器重合闸闭锁，直接三相跳闸。（2）故障同时跳闸线路还有:YF1）GF线G侧保护动作，A相跳闸，A相重合不成功转三相跳闸（负荷转移后,线最大潮流为一850MW ）。220kV FX 一回线两侧高频零序保护动作,A相断路器跳闸，重合成功。220kV FQ二回线两侧高频零序保护动作,A相断路器跳闸，重合成功。220kV FH二回线F侧高频零序保护动作,F33 A相断路器跳闸，重合成功;高频零序保护动作，A相断路器跳闸，重合后又三相跳闸。（3）跳闸对系统的影响。1 ）跳闸未造成该地区电网少供电或拉闸限电。2）故

5、障时造成与之相联的另一电网一台300MW发电机跳闸，电网发生局部振荡并与主网解列。四、F12电流互感器爆炸后的情况1、负荷FN 线：0MWGF线：0MW （送电后为480MW左右）YF线：一850MW （ GF线送电后为一330MW 左右）FH二回：0MW （送电后为一84MW 左右）FQ二回：无明显变化FX 一回：无明显变化2. 主控制室主要信号FH 二回微机重合闸动作FH 二回 CCH-2 重合闸动作FX 一回微机保护动作FX 一回微机重合闸动作FX 一回 CCH-2 重合闸动作FH 二回 CKJ 高频保护动作FQ 二回 902A 重合闸动作FQ 二回 WXH-11 重合闸动作FQ 二回跳

6、闸出口FQ 二回 WXH-11 保护动作F12 断路器 LFP-921 保护动作F11 断路器 LFP-921 第二套保护动作FN 线第二套保护跳闸FN 线第一套保护动作FN 线第一套保护告警220kV 所有线路微机呼唤值班员220kV 所有线路收发信机动作本站所有录波器动作3. 继电保护屏保护信号（ 1） 500kV 部分。1）FN线：CSL101A （微机保护）：A跳，B跳，C跳，永久跳闸（红灯）;LFP 901B （微机保护）：Ta, Tb, Tc （红灯）电抗器： JCDK-119 ：差动信号 I、 II 段（红灯）； 过电流信号 II 、III 段（红灯）。2）F11 断路器：CZX

7、-22A:Ta, Tb, Tc （红灯）LFP-921 ：Ta, Tb, Tc （红灯）3）F12 断路器：CZX-22A:Ta, Tb, Tc , CH, Ta （红灯）LFP-921 ：Ta，Tb，Tc，cH （红灯）4） GF 线电抗器：中性点过流（红牌）,匝间（黄,红牌）5）GF 线复用载波机：18时 30 分 #17（RAZFE 距离保护） RX1 收信一次；18 时 30 分 #18（ LFP-901A 距离保护） RX1 收信一次；19 时 04 分 TX1 发信一次（2） 220kV 部分。1） FQ二回：WXH-11C/X微机保护：跳 A，重合，呼唤（红灯）;LFP-902A

8、 （微机 保护）： CH （红灯）；操作箱： 2TXJa， TXJa， ZXJ （红牌）。2） FH二回：SWXB-11微机保护：A跳，重合，呼唤（红灯），停信3 （录灯）;CCH 2 重合（红灯） ；操作箱： TXJa （红牌）。3）FX 一回：WXH-11X :跳A ,重合，呼唤（红灯）；CKJ 1 : CCH 2重合（红灯）； 操作箱： TXJa。（ 3）微机打印报告。1） FN 线：第一套 CSL101A：CPQD高频启动CPJLTX高频距离停信CPJLCK高频距离出口GJJSCK高频保护瞬时距离加速出口1ZKJCK距离 I 段出口I01CK零序 I 段出口CPJLCK高频距离出口XX

9、JCK阻抗相近加速出口CJ L=0.17AN 测距收发信各 2 次套 LFP-901B：DZ突变量距离元件动作Z1距离 I 段元件CF2合闸于永久故障加速发信 2 次，无收信2）GF 线：第一套901B :保护：无，收信 2次第二套 RAZFE ：（距离保护）保护：无，收信 2 次。3）FH 二回线：SWXB 11： GBI0CK高频零序出口CHCK重合出口CCH-2CCH2 重合闸动作4） FQ 二回线：WXH-11 ： GBI0CK高频零序出口CHCK重合出口LFP-902 （ A）：CH重合5） FX 一回线：WXH-11 ： GBI0CK高频零序出口CHCK重合出口CCH-2CCH-2

10、 重合闸动作五、3/2 断路器接线方式线路断路器优先重合的概念在 3/2 断路器接线方式线路中 , 重合闸 -般都采用优先重合方式 ,并且都先重合边断路器， 后重合中断路器 ,主要考虑当发生单相永久性故障时,边断路器重合于永久故障 ,边断路器和中断路器立即三相跳闸。如果发生单相瞬时性故障，边断路器重合成功再经t时间重合中断 路器 ,并不影响线路运行。在本案例中 F12 断路器电流互感器爆炸并接地， F12 断路器重合闸动作出口中， 重合于 永久故障 F12、F11 断路器三相跳闸。六、现场事故处理18时 30分， FN 线 FN12 电流互感器 A 相爆炸，现场起火。18时35分：组织灭火，同

11、时拉于 F12断路器两侧隔离开关，推上F128接地开关。19 时 00 分：大火第一次熄灭。19时 12分：第二次起火， 19时 20分熄灭。19时 28分：第三次起火， 19时 40分彻底熄灭。七、事故分析此次事故涉及到 500Kv2 条线路， 220kV3 条线路，其分析如下。（一）爆炸线路 FN 线跳闸分析1、FN 线保护形式FN 线保护采用允许式保护，允许式保护就是在系统故障时，收到对侧信号（区内故障 时）保护将动作跳闸，收不到对侧的信号（区外故障时）保护将被闭锁。其特点是：（1）线路每端仅装设跳闸元件（2）跳闸元件动作，控制发送器将监视频率改为跳闸频率，发送至对端。（3）跳闸元件动作

12、， 同时收到对端跳闸信号， 就起动跳闸出口中。 任何一端跳闸出口， 必须两端跳闸元件都动作，即任一端 MT 拒动，两端皆拒动。4）保护动作时间：取 t1=tL 与 t2=tR+tCH 之间的较慢者。式中：tL为本端跳闸元件动作时间：tR为远端跳闸元件动作时间；tCH为通道时间。(5) 配中速的移频式通道。(6) 内部故障，跳闸信号可能通过故障点，要求采用相一相耦合通道。(7) 通道平时可以得到监视，作为整个保护逻辑的一部分，较为安全。通道有问题，外部故 障时不会误动，内部故障时将引起拒动。允许式保护简化逻辑图如图5-2所示。图允许式探护简化逻辑图2第一套CSI7101A保护动作情况分析(1)

13、CSL101A保护的功能。CSL101A保护由高频距离保护(CPUI)、距离保护(CPU2)、 零序保护(CPU3)和故障录波器(CPU6)构成，其中高频距离保护包括高频相间距离保护和高频接地保护，以高频零序保护作为对高频接地距离保护的补充。高频距离保护作为全线速动的 主保护，瞬时切除全线路各种类型的故障。(2) 保护动作分析。图 5-3是CSL101A保护在K点单相接地故障的分析图，在故障时两侧的载波机均收、发 2次,可看出PN线两侧保护均判断为正向故障，其分析如表5-2所示。表5-2FN线保护动作情况变电站FHSNC距离出口(近端)末端(远端)方向+F (正向)+F (正向)跳闸时间保护动

14、作时间保护动作时间+通道时间因故障点在F侧出口处，所以CSL101A保护有距离T段出口 (1ZKJCK)、零序I段出口 (I01CK)和高频距离出口 (GPJLCK)。但从理论上分析，高频距离出口跳闸必须要收到对侧的高 频信号，其时间比距离I段和零序I段时间长，因此在故障时从理论上应是F侧先跳，而N侧后跳。由上分析可知,F侧主保护和后备保护动作正确。3第二套LFP-901B保护动作情况分析LFP-901B保护的功能。LFP-901B保护由3个CPU组成。CPUI为装置的主保护，由工频变化量方向继电器和零序方向继电器配合通道构成全线 路快速跳闸保护(跳闸时间小于25ms)，采用欠范围允许式，其高

15、频通道采用复用载波通道。由I段工频变化量距离继电器构成快速独立跳闸段（近端故障跳闸时间小于10ms,中间故障跳闸时间小于15ms）;由II、山、零序方向过流段构成接地后备保护。CPU2为三段式相间和接地距离保护 ，以及重合闸逻辑。CPU3为启动和管理机，内设整机总启动元件，该启动元件与方向和距离保护在电子电路 上完全独立，动作后开放保护出口电源。另外,CPU3还作为人际对话的通信接口 ，保护整组复归，CPUS接受并整理、显示、打印 CPU2传来的电压、电流信号，进行测距计算。保护动作分析。图 5-4是LFP-901B保护在K点单相接地故障的分析图，在故障时，F 侧载波机发信2次，无收信信号，因

16、此，F侧主保护中的高频保护不应动作 ，CPU1中的“DZ ”（近 距离故障）动作及后备保护动作（Z1、CF2）正确。F侧N锻CSL LOt A FN 绒 CSLL03A高频棺号圈办4区内故障LFB901E保护动作情呪分析图5专区内故障CSL101A保护动作情况分折（二 ） GF线跳闸分析1.CF线保护形式GF线第一套采用LFP-901A保护，第二套采用RAZFE保护，保护通道采用允许式通道。2第一套LFP-901A保护动作情况分析LFP-901A保护的功能。CPU1与LFP-901B基本相同，其零序为三段。 CPU2、CPU3功能同LFP-901B保护。（2）保护动作分析。如图5-5 所示，F

17、N线K点单相接地故障，GF线F侧方向元件判断为反 向，F侧的方向元件不动作；而G侧判断为正向，方向元件动作，发信，F侧收信，两侧保护不动作 保护判断正确。3第二套RAZFE保护动作情况分析（1）保护功能。RAZFE保护为三段三相式方向距离保护，在本线路与高频通道配合构成欠范围允许式保护。当线路三相短路、两相短路和单相接地短路时，分别采用四边形特性、方向圆特性和四边形与圆弧切割后组合形特性进行判断选择；两相接地短路则由两相短路和单相接地短路特性共同判断选择。（2）保护动作分析。如图5-5 所示，FN线K点单相接地故障，GF线F侧方向元件判断为反 向，F侧的方向元件不动作，保护不动作属正确。因故障

18、在区外，G侧保护也不应动作，但实际上GF线G侧在FN线断路器切除故障时动作。G侧A相断路器跳闸 拼且FI2断路器重合后重合不成功而三相跳闸。G侧RAZFE保护动作属误动。（三）220kV线路跳闸分析220kVFH二回线 F33、FQ二回线F37、FX 一回线F39在跳闸前均接在 22kV#5母线上。从录波图和微机保护的采样报告分析，上述3条220kV线路感受的故障电流均超过定值，如表5-3所示。表5-3220kV跳闸线路3I 0定值表（变比1200/1）断路器编号3I 0整定值（A）3 I 0故障量（A）F330.50.82F370.20.52F390.250.63同时220kV#5母线的电压

19、互感器二次接线存在问题，在区外故障时零序电压相位发生偏 移，造成FH二回F33断路器、FX 回F39断路器、FQ二回F37断路器在反向故障零序功 率方向元件动作，高频零序保护误动跳闸。三条线路的对侧断路器因是正方向（同时未收到闭锁信号）,也相继跳闸。八、电流互感器爆炸原因Fl2断路器电流互感器型号为LB3-500W2型,系沈阳变压器厂生产，爆炸的原因系产品质量问题，爆炸的直径约为16m,在本地区另外一座 500kV变电站在同一年也发生一支电流互 感器爆炸事故，其爆炸的直径约为116m,爆炸碎片将临近设备损坏严重。九、故障录波分析故障录波如图5-6所示。FN线：（1）故障相:A相。（2）A相跳闸

20、时间：28ms。图56 FN线故障录波图(3) 重合闸时间 :978ms。(4) 1043ms 三相跳闸 ,三相跳闸时间为 57ms。(5) 最大故障电流(电流互感器变比：3000/1)3000X 3.01(A)。最大零序电流(电流互感器变比：3000/1)3000X 3.01(八)。(7) 故障录波器接线原因使在波形图上的 Ia与31。反相。(8) 故障前 A 相电压超前电流 72.8。(9) 故障后 ,C 相电压有高频寄生振荡现象。(10) A 相电压迅速为零 ,属于是近区金属性故障。(11) 故障性质 ：A 相永久性故障 (A 相电流互感器爆炸接地 ),Fl2 断路器重合不成功 ,F11

21、、 F22 断路器三相跳闸。第二节 电容式电压互感器局部电容击穿造成二次电压异常升高故障分析电容式电压互感器是在 20 世纪 80 年代开始用于我国电力系统高压或超高压电网 ,电容 式电压互感器与电磁式电压互感器相比有很多优点,运行维护也较方便 ,但在运行中也发生过电容式电压互感器爆炸及其他故障的现象。 本案例分析的是某变电站由于电容式电压互感器 局部电容击穿造成二次电压异常升高。本案例分析的知识点 ：(1) 电容式电压互感器结构、特点和原理。(2) 电压互感器故障的分析。(3) 电压互感器故障的处理。一、电容式电压互感器的结构、特点和原理1. 结构和特点电容式电压互感器是由串联电容器抽取电压

22、 ,再经过变压器变压作为测量、继电保护等 电压源的电压互感器。电容式电压互感器还可以将载波频率耦合到输电线路用于长途通信、 远方测量、选择性的线路高频保护、遥控、电传打字等。因此,与常规的电磁式电压互感器相比 ,电容式电压互感器除可防止因电压互感器铁芯饱和引起铁磁谐振外,在经济和安全上还有很多优越之处。电容式电压互感器主要由电容分压器 (CVD) 和中压变压器 (IVT) 组成 ,如图 5-7 所示。电 容分压器 (CVD) 由瓷套和装在其中的若干串联电容器组成 ,瓷套内充满持 0.1MPa 正压的绝缘 油,并用钢制波纹管平衡不同环境温度以保持油压。电容分压器可用作耦合电容器连接载波 装置。中

23、间变压器 (IVT) 由装在密封油箱内的变压器、补偿电抗和阻尼装置组成,油箱顶部的空间冲氮。一次绕组分为主绕组和微调绕组，一次侧和一次绕组间串联一个低损耗电抗器。由于电容式电压互感器的非线性阻抗和固有的电容有时会在电容式电压互感器内引起铁磁谐振，因而用阻尼装置抑制谐振。 阻尼装置由电阻和饱和电抗器串联组成，跨接在二次绕组上。正常情况下阻尼装置有很高的阻抗，当铁磁谐振引起过电压 ，在中压变压器受到影响前 ，电抗器已饱和了，只剩电阻负载，使振荡能量很快被降低。團5-7电容式轧压 互感器结构图电睜分压器(CVDH 2-髙雄电容器3中匹电鑒器(G餌4一中压恋压器(IVT)i 5补偿电拭器】6-二次端子

24、；7变崔器绕组+ 8-m尼裝置；9徳调總蛆f 10徵调端子和低压端子(不用载疲设 备时低压端子应接地)与电磁式电压互感器相比，它具有以下特点：(1) 电容式电压互感器除具有互感器的作用外，分压电容还可兼作高频载波通信的耦合电容。(2) 电容式电压互感器的击穿绝缘强度比电磁式高。(3) 误差特性和暂态特性比电磁式互感器差，输出容量较小。2原理电容式电压互感器原理接线如图5-8所示，包括了两个大部分组成即电容分压器和磁装置。(1)电容分压器包括高压电容Ci(或称主电容器)与串联电容器 C2(分压电容图5乜电容式电压互感器原理接线G-主分压电容彳G分压电容；YH电磁式电压互感器；Ph P2保护间隙I

25、J一接地开关器),有三个接线端，被测的高电压 U1接在第一接线端(一次)与接地端之间，中压接线端与接地 端之间为中间电压 U2,而电磁式电压互感器感器 YH的一次侧接电压 U2。(2)电磁装置实际上是一台将中压电压降低到所需要的二次电压值的互感器和电抗器L所组成。电抗器的作用是：由于分压电容上的电压会随负荷变化而变化，如果在分压回路串人一个电感以补偿电容的内阻抗，可以使电压稳定。又因为在二次回路中电压较低，电流较大，阻抗电压将影响其标准度，所以电容分压器的输出端不能直接与测量仪表相接，而要经过电磁式电压互感器降压后再接仪表。(3) 保护装置包括两个火花间隙Pl与P2用来限制补偿电抗器和电磁式电

26、压互感器与分压器可能出现的高电压，阻尼电阻Rd,是用来防止持续的铁磁谐振。(4) 载波耦合装置(结合滤波器)是一种接通载波信号的线路元件。它接到电容式分压器接地端与地之间。其阻抗在工频电压下很小，完全可以忽略，但在载波频率下数值却很可观。不接载波耦合装置时，接地开关J应合上。二、故障的基本情况1995年8月26日21时,500kV LT变电站运行人员在抄表时发现500kV#1母线(500kV采用3/2断路器接线方式)电压读数比#2号母线高17kV，该变电站500kV系统为正常运行方 式(合环运行),#1号和#2号母线上装设的是单相电压互感器，作为断路器合闸时同期电压和仪 表测量用。互感器的型号

27、为TEHM-500SA,由加拿大引进，于1992年12月27日投产运行。当值值班员对现场设备进行了检查，未发现异常。三、故障分析上述现象可从以下几个方面分析：(1) 表计误差(这种现象在实际运行当中可能会碰到)。(2) 互感器本体故障。(3) 二次回路存在问题。1对表计误差的检查为了对表计进行检验，专业人员分别对 500kV#1、#2母线和相临的500kV线路的BN线 电压互感器二次端子箱内的端子上的二次电压进行了测量，所测各二次电压数据如表 5-4所示。表5-4二次电压测量结果(单位：V)设备名称500kV#1 母线500kV#2 母线BN线二次电压615958.9由表5-4可知，二次测量结果相差2V，该型号互感器的变比为：500/3/0.1/ 3，则二次电压折算到一次为：2VX 500/ .3/0.1/3疋10kV，因表计指示的是线电压，故应乘以