近年随着经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，社会层面对电力需求越来越大，供电可靠性要求越来越高。部分县域较薄弱电网与“一流电网”建设的要求还有所差距，老旧设备超期服役，部分装置“带病”运行，智能、常规元件的衔接不紧密等诸多因素造成变电站越级跳闸事故发生，通过一例变电站越级跳闸典型案例展开分析，总结变电站越级跳闸的原因，并制定有效的防范措施杜绝事故扩大^[1-2]。

1.   典型案例分析

1.1   事故前运行方式

110 kV南鲁变电站投运于2006年08月，主变为三绕组变压器，电压等级分别为110 、35 和10 kV，主变容量为63 + 31.5 MV·A。该变电站为成武县域北部化工园区重要电源保障，同时为35 kV田集、汶上、宝峰变电站上级电源。变电站保护装置投运于2006年10月，为某公司DMP-3000系列产品。南鲁变电站110 kV母线桥式结构接线，110 kV进线2回；35 kV母线为单母线分段结构接线，35 kV出线6回；10 kV母线为单母线分段结构接线，10 kV出线12回。

事故前110 kV白南线带110 kV南鲁变电站Ⅰ、Ⅱ段母线及#1主变运行，110 kV党南线112开关和#2主变处检修状态，#1主变带35 kV Ⅰ、Ⅱ段母线和35 kV南汶线（35 kV汶上变电站上级电源）运行，见图1。

图  1  事故前110 kV南鲁变电站运行方式

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1.2   事故经过

3月21日11:23，110 kV南鲁变电站10 kV 008毕石门线开关跳闸，重合不成功，同时速断、过流信号告警。变电站值班人员检查发现10 kV 008毕石门线开关速断保护动作，运维人员恢复信号、试验保护装置正常后汇报调度，因008毕石门线为成武县化工园区重要负荷提供电源保障，调度下令试送。11:25试送10 kV 008毕石门线不成功，同时110 kV南鲁变电站#1主变110 kV 111开关、35 kV 301开关、10 kV 001开关三侧开关跳闸，#1主变差动保护动作，变电站全站失电。

事故发生后，公司立即成立了由运检部、安监部、调控中心和供电所等相关人员组成的事故调查小组，组织技术骨干对110 kV南鲁变电站一、二设备进行全面巡视检查，组织供电所运检人员对12条10 kV出线全线巡视。供电所巡检人员检查发现10 kV 008毕石门线出线口附近化工厂容量为2000 kV·A变压器低压侧三相短路，导致该线路跳闸。11:48左右35 kV线路恢复送电，12:20左右除毕石门线外其余10 kV线路恢复送电。

1.3   现场检查

3月21日，运检部、调控中心和变压器厂技术人员对事故展开调查分析，检查#1主变瓦斯继电器无气体，遥测变压器高、低压绕组直流电阻均合格，测试绝缘电阻合格，取油样化验，油各项指标符合运行标准，对#1主变三侧开关及10 kV毕石门线路保护装置进行了校验（附保护装置校验记录）。#1主变三侧开关后备保护、差动保护均能正常动作。10 kV毕石门线路保护装置过流动作正常，速断二次侧升流达到设置定值时，不能正常动作，只发信号。检修人员更换008毕石门线路保护装置后进行升流试验，速断动作恢复正常。经检查发现10 kV 008毕石门线开关保护装置RTT2A保护出口插件损坏。

1.4   原因分析

故障配变容量（2000 kV·A）较大，短路阻抗电压（U_k = 5.0%）较小，且距离10 kV母线较近（线路阻抗忽略不计），加上主变的励磁涌流，短路电流暂态值达57.736 kA。配变选型未考虑短路电流限制条件，未与保护装置整定值配合，使电气设备（如断路器、隔离开关、电缆等）在运行中经受不住短路电流的作用而损坏，造成越级跳闸。

配变额定电流 ≈ 2886.8 A。

配变短路电流 ≈ 57736 A。

南鲁变电站#1主变2月份由20000 kV·A增容至50000 kV·A，但三侧开关未进行更换，内置电流互感器匹配，故障发生时短路电流较大，易造成因电流互感器磁饱和而产生测量误差。由于10 kV毕石门线速断保护插件毁坏，致使故障电流反应在主变低压侧，使电流互感器提供的错误差流数值超过动作值，差动保护误判断为内部故障而动作，这是主变跳闸的主要原因。

110 kV主变差动保护的范围是110、35 和10 kV电流互器之间的所有设备，10 kV毕石门线路上配变着火属外部故障，主变差动保护不应动作。故障发生前35 kV母线侧负荷较大，10 kV母线侧负荷较小，由于保护装置本身不能进行平衡系数调整，在正常运行状态时就存在一定的差流。10 kV毕石门线试送时，因速断保护出口插件毁坏，将故障电流反应在主变低压侧，低压侧过流保护整定时间为1.0 s，低压侧未配置无时限速断保护，主变低压侧二次差流超过整定值，造成无时限差动保护误动作。由于该故障属外部故障，所以三侧开关同时跳闸后差动保护装置未发信号。

110 kV南鲁变电站综自保护系统为某公司DSA系列产品，投运于2000年4月，运行时间较长，目前市场该系列备品备件已无法购置，经校验检测多项保护功能已无法实现。该系统版本较低，元器件严重老化，多次出现误动、拒动现象，不能正常可靠运行，属于淘汰产品。该系统因资金不足，未能及时进行升级改造。10 kV毕石门线速断保护出口插件毁坏是造成越级跳闸的主要原因。

2.   变电站越级跳闸常见故障原因及分析

变电站越级跳闸通常与设备制造质量、安装工艺、运行环境，运检人员技术水平，通信及调度自动化程度高低等诸多因素有关，归纳为以下几种类型。

2.1   保护出口断路器拒动

出口断路器拒动发生几率较高，是引发变电站越级跳闸的主因，通常表现为：一是机械部分故障，如由于制造原因具有家族病故障、机械构件或传动系统故障、液压或机械闭锁故障；二是本体电气故障，如分闸线圈烧损、辅助触点粘连致跳闸回路不闭合、储能设备或电气回路故障；三是运维不当故障，如大短路电流造成断路器主触头粘连故障、因氧化或检修不良造成机构卡涩故障等。

2.2   保护装置拒动

保护装置据动原因较多，主要表现为：一是保护装置本体故障，如保护插件损坏、装置老化功能不健全、器件耐过电压能力弱，长时间运行易损坏、系统版本低部分功能无法实现；二是装置电源故障，如交直流流回路断线、交直流电压过低或过高、直流回路两点接地等故障；三是电流互感器抗饱和能力不足故障，当系统的短路电流幅值较大、互感器二次绕组的阻抗和TA的励磁阻抗较小、TA匝数比较大和铁心剩磁较多时将导致TA严重暂态饱和。当系统短路时一次电流中的直流分量很大，且波形偏于时间轴侧，铁心剩磁方向与励磁电流中直流分量产生的磁通方向相同，在短路电流直流分量和剩磁的共同作用下，铁心短时达到饱和状态。此时一次电流全部变为励磁电流，二次电流几乎为零，保护装置不启动，从而导致越级跳闸事故发生。

2.3   保护定值整定不当

通常表现为：一是上下级保护定值配合不当，如上级保护整定值小或整定时间小于本保护等引起上级保护越级动作；二是主变差流值较大，如主变三侧负荷严重不均衡，特别是低压侧高负荷运行且突发故障时，或者电流互感器极性反接等原因导致差流大，引发越级跳闸或上下级同时跳闸；三是设计失准，如线路保护整定值未避开工频过电压、操作过电压和谐振过电压，主变保护未避开励磁涌流或未设计后备保护等。

2.4   外部因素

主要表现为：一是运行环境恶劣，如保护装置元器件受运行环境温度、所处海拔高度影响较大，恶劣环境使装置灵敏度降低造成越级跳闸；二是人员操作失误，如运行人员误操作、二次回路接线错误或虚接、电流互感器极性反接等原因；三是设备选型不当。电网发展规划不完善，设备选型时过分考虑经济运行，忽略了电力系统的安全稳定，如电网产品劣质、配变短路阻抗小、负荷分配不均、部分线路短路容量大等。

3.   防范及改进措施

3.1   强化电网规划管理

结合经济和电网发展实际，分析运行数据，详尽编制电网“二十年”规划，并结合五年规划和大修技改方案进行局部调整，优化网架结构，提高抗干扰能力，形成供电裕度充足、联络互通有无、供电方式灵活可靠、调度准确智能的网架结构。

3.2   精益设备质量管控

招标阶段严格采购省公司标准化物料，结合新技术、新材料、新工艺的应用，对电网设备精选、优选；制造阶段实行驻场监造制度，确保制作工艺、质量符合规范要求，从源头上杜绝了劣质产品；设备进场的试验报告、出厂合格证、检验合格证和监造证应合格；严格抽检制度，重要设备抽检率应达到100%，技术监督部门对重要民生物资不定期检验；规范物资出、入库手续，规范设备ID附码程序，把好物资供应最后一道关，全方位杜绝劣质产品进入现场。

3.3   严抓隐患排查力度

定期对变电站设备常规巡查，重要时段不定期对重要设备开展特巡、夜巡，发现隐患及时处理，把事故消灭在萌芽状态；定期对医院、学校、煤矿等重要用户进行隐患排查，完善双电源应用全覆盖；对保护装置等重要实行网格化管理，根据排查情况建立一档一案，确保管理无漏洞。

3.4   提升运检管理水平

加强技术培训，提高运行人员事故应急处理能力，常态开展反事故学习与预案演练，杜绝误操作事故的发生。坚持“应修必修、修必修好”原则，杜绝设备“带病运行”“超期服役”现象发生，确保设备处于良好运行状态；规范保护装置定期检查、维护和校验管理，提高装置的选择性、灵敏性、可靠性和快速性。通过“大数据”分析，提高各级保护定值计算精度和上下级保护配合精度，确保电网保护全覆盖^[3-5]。

4.   结束语

保护装置越级跳闸故障严重影响电网安全运行，给社会正常用电秩序造成不可估量的经济损失和舆情影响。本文以点概面详细分析了110 kV变电站保护装置越级跳闸故障原因，并提出了相应的防范措施。在今后的变电站建设和改造工程中，要综合考量保护装置的整体配合和新旧设备的衔接问题，从源头杜绝越级跳闸故障的发生，为区域电网的安全性和稳定性夯实坚固的基础。