一起线路故障引起变电站主变全停的原因分析
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江苏省电力公司淮安供电公司的研究人员张强、吴绍武、史达，在2016年第10期《电气技术》杂志上撰文，某变电站35kV线路发生短路故障，引起该变电站两台运行主变全停，全站失电。
通过现场检查及故障录波图，对线路故障而主变保护动作的原因进行了分析，并提出了针对性的建议，以保证系统设备的安全运行。
1 事故情况介绍
2013年8月18日某35kV变电站进线电源线路故障，该站外桥断路器保护动作跳闸后，1、2#主变后备保护动作，1、2#主变全停，造成全站失电。
2 事故前运行方式
变电站主接线如图1所示，主变高压侧为外桥接线，301、302、310断路器运行，1、2#主变运行，321卫朱线为该变电站的主供电源，外桥310断路器有穿越功率，336卫施线为对侧35kV变电站供电，10kV母线为单母线接线，112、113、114线路运行。
3 事故经过
2013年8月18日17时15分34秒，35kV变电站进线电源线路故障。故障后，变电站外桥310断路器保护过流Ⅰ段动作，310断路器跳闸。17时15分35秒，1#、2#主变高、低后备过流Ⅰ、Ⅱ段t1、t2同时动作，跳开301、101、302、102开关，1#、2#主变全停造成全站失电。
图1 一次系统主接线图
4 保护动作分析
4.1 保护定值整定
外桥310断路器的定值整定如表1所示，1#、2#主变高、低后备保护的定值整定情况相同，如表2所示。
表1 外桥310开关保护定值
表2 1#、2#主变后备保护定值
4.2 保护动作行为分析
故障发生时310开关及1#、2#主变高、低压侧的故障电流有效值如表3所示。外桥310断路器的故障录波如图2所示，A、B两相电流反相，进一步分析图中故障电压、电流的相位关系后发现310开关的Ⅰ段母线侧发生了A、B两相接地短路故障，现场检查35kVⅠ段母线未发现故障点，因此故障点应在站外线路上。故障电流二次有效值达到26A，大于保护动作定值14.5A，保护动作跳开310开关。
图3至图6分别为故障发生时1#、2#主变高低压侧故障电压、电流录波图。从图中可见，1#主变高压侧站外线路上发生了AB相间短路故障，主变高压侧二次电流有效值达到9.7A，低压侧二次电流有效值达到4.0A，均大于后备保护动作定值，由于两台主变后备保护定值设置完全相同，因此1#、2#主变同时动作跳闸，全站失电。
表3 故障发生后电流有效值
图2 310保护测控装置录波图
图3 1#主变高压侧录波图
图4 1#主变低压侧录波图
图5 2#主变高压侧录波图
图6 2#主变低压侧录波图
图7为1#主变高、低压侧 故障电压电流相位关系图，从图中可见，1#主变高压侧电流IAH滞后于UAB的相位大于180°，表明故障电流是从主变流向母线，1#主变低压侧B、C两相电流同相位且大小相等，与A相电流反相且为A相电流的一半，表明高压侧发生了AB相间短路故障，低压侧电流IAL与电压UCL的相位关系，则表明故障电流经低压侧流向高压侧。
对2#主变故障量进行向量分析后可以发现，1#主变高压侧AB相间短路故障对于1#主变是反方向故障，对于2#主变是正方向故障，即故障电流流经的路径为：35kV 321卫朱线→2#主变高压侧→2#主变低压侧→1#主变低压侧→1#主变高压侧→35kV 336卫施线A、B两相故障点。
图7 1#主变高低压侧故障电压电流向量图
因此，本次故障发生过程为35kV站外336卫施线由于雷击等原因发生A、B两相短路，短路电流大于310开关过流保护定值（这时1#、2#主变高、低压侧没有故障电流流过），因此由延时的310过流Ⅰ段保护动作跳开310开关。
一般来讲，对变电站两台变压器并列运行的情况，其高、低压侧过流保护均采用以较短时限跳母线分段，以较长时限跳变压器两侧开关。因此，310开关跳开后1#、2#主变仍在运行，且低压侧为单母线接线，这样故障电流经1#、2#主变串联回路继续流向故障点，因串联了两台主变短路阻抗后的整个回路的阻抗大大增加，因此故障电流降至主变后备保护动作区，经延时1#、2#主变高、低压侧后备保护动作切除故障。
4.3 改进措施
本次故障发生的变电站低压侧为单母接线，且该站在保护配置上以较短时限跳母线分段，以较长时限跳变压器两侧开关造成分段310开关跳开后1#、2#主变仍在运行，1#主变高压侧站外线路上发生AB相间短路故障，根据选择性1#主变高后备保护动作隔离故障点，而定值整定上没有考虑该变电站实际的接线方式将两台变压器的后备保护定值整定的完全一样，造成无选择性跳闸而全站失电，为了避免类似故障的再次发生，可以从以下三个方面进行整改。
1）该变电站主要为居民负荷供电，考虑到变压器的容量及负荷情况，在雷电多发季节，可以调整该站运行方式，1#主变热备用，2#主变运行，这样在不调整定值的情况下可以避免类似故障的再次发生。
2）321卫朱线是该站的主供电源，其线路保护由对侧220kV朱桥变的35kV出线配置，而336卫施线对侧35kV变电站高压侧为内桥接线，运方为进线备投，卫施线是其备用进线电源，正常情况下，卫施线上无负荷电流。因此针对此次故障，若不改变该站运行方式，两台主变并列运行时，为了兼顾保护的灵敏性及选择性，可调整两台主变后备保护动作时间，1#主变后备保护动作时间整定保持不变，将2#主变高、低后备过流保护时间延时调整为2.5s。当卫施线再次发生接地短路时，1#主变后备保护先动作切除故障，2#主变带负荷运行，不影响正常供电，而当卫朱线发生故障时，对侧线路保护动作切除故障，1#、2#主变后备保护的差异化配置不会影响跳闸快速性。
3）改变该变电站一次接线方式，低压侧母线增加分段开关，两台主变分列运行，卫施线发生接地故障，310母联跳闸后1#主变停运2#主变运行，减小了停电范围，虽然损失部分负荷，但这种接线方式可以避免既有接线下低压侧母线故障造成的全站失电。
5 结论
线路发生相间短路故障，故障电流达到保护动作定值，保护动作行为正确。
本次事故中出线故障引起继电保护装置无选择性跳闸，导致全站失电，负荷损失。本文从调整运方、定值整定、改善一次接线方式三个方面提出改进措施以便类似故障再次发生时，有效隔离故障点，缩小停电范围。
在日常的检修维护工作中，应加强对类似接线变电站的巡视检查，发现类似问题应及时整改，降低运行风险，以保证电网的安全平稳运行。