摘要：本文研究了一起区内低压侧套管断裂引起的500kV主变差动保护动作情况。通过分析保护故障录波和差动电流，得出了差动保护动作的原因，确定了故障类型为主变低压侧AB相间短路故障，为检修人员快速确定故障点和准备修试提供了参考。
关键词：差动保护故障录波差动电流相间短路
1 概述
变压器是现代电力系统中的主要电气设备，尤其是500kV变电站中的主变压器，发生故障后对电网的安全稳定运行影响巨大。差动保护是变压器的主保护，通过分析保护动作后的故障录波和差动电流，可以判断故障相别和故障类型，为检修人员缩小故障范围和查找故障点提供参考。500kV自耦变压器低压侧发生短路故障后，经过Y/Δ变换高压侧的电压和电流将发生幅值和相角的改变，呈现出不同的故障特点。本文分析了一起500kV自耦变压器故障时差动保护的动作报告和故障录波，根据故障电流和差流的波形及数据，分析了差动保护动作原因及特点，总结了相间短路故障电压电流特征，对于今后发生类似故障的分析具有一定参考和借鉴意义。
2事故简述
2012年1月3日15时52分，500kV某变电站#1主变35kV侧套管引出线发生AB相间短路故障。故障点在差动保护区内，主变两套电气量保护均正确动作，跳开#1主变500kV侧、220kV侧、35kV侧开关。
2.1事故前运行方式
500kV某变电站一次主接线如图1所示。该站现有1台500kV变压器，Y/Y/Δ绕组接线。500kV侧为不完整的3/2接线，220kV侧为双母接线，35kV侧为单母接线。事故发生时500kV线路正常运行，220kV共五条线路经母联开关2212并列运行，#1主变正常运行，主变低压侧三组电抗器、#1站用变在运行状态,两组电容器在热备用状态。
2.2 主变保护配置及动作报告
500kV某变电站的#1主变型号为ODFPS-250000/500，额定容量为250/250/80 MVA，额定电压525/230/35 kV。主变由三台单相自耦无载调压变压器组成，三侧绕组连接方式Yn,a0,d11，其中高压侧和中压侧为中性点直接接地方式。主变配置了两套相互独立的电气量保护，主保护包括差动速断、比例差动、工频变化量比率差动、零序比率差动。主变保护动作跳闸，动作报告如下：
（1）#1主变第一套电气量保护：装置面板上跳闸指示灯点亮，动作报告中23ms工频变化量差动保护动作，24ms比例差动保护动作。
（2）#1主变第二套电气量保护：装置面板上跳闸指示灯点亮，动作报告中21ms工频变化量差动保护动作，22ms比例差动保护动作。
（3）76ms #1主变500kV侧5051、5052断路器分闸；80ms #1主变220kV侧2201断路器分闸；86ms #1主变35kV侧301断路器分闸，连跳311、312、313、314断路器。
从以上保护动作情况分析，故障发生后主变第一、二套电气量保护均正确动作，保护出口跳开了主变三侧开关。为了尽快隔离故障，三侧开关应同时跳开，但实际上时间存在差异。低压侧开关跳开同时连跳电抗器及站用变开关，目的是防止产生谐振过电压对设备造成冲击。
3故障类型分析
3.1 YNd11接线变压器低压侧相间故障
电力系统发生故障时，变压器两侧各相电流和电压的幅值和相位不仅和故障类型有关，也和接线组别有关。设定YNd11接线变压器d侧发生AB相间短路故障，变压器变比N=1，电流从非故障侧流入，从故障侧流出，各侧短路电流分布[1]如图2所示。
3.2 主变高压侧电压、电流波形分析
故障时#1主变500kV侧的电压、电流波形如图3所示。其中UAH、UBH、UCH为二次电压，IAH、IBH、ICH为主变高压侧套管处采集的二次电流，U0H、I0H为零序电压、零序电流，电流标度为0.32A/格，电压标度为45.69V/格，时间标度为20ms/格。
从故障时保护装置记录的波形分析，故障过程可分为三个阶段[2]：0~40ms为故障发展阶段，电流波形发生畸变，幅值较小；40~60ms为故障形成阶段，电流幅值开始增大，其中A、B相电流的幅值超过了差动启动定值，差动保护开始启动，约20ms后比例差动、工频变化量比率差动动作，向三侧开关发跳闸命令；60~100ms为故障持续阶段，该时间为断路器固有动作时间，也是故障特征比较明显的阶段，100ms后开关跳开切断了故障电流。
启动前，三相电流有效值A相0.056A，B相0.052A，C相0.059A，相位差120°左右。跳闸前三相电流有效值A相0.21A、B相0.41A、C相0.21A，A、C相电流相位相同，与B相相位相反。对于中压侧有电源的自耦变压器而言，公共绕组电流的传变和YNd11接线方式的电流传变是相同的，高、中压绕组的电流按各自支路的序阻抗分配，然后合成[3]。由于主变为降压变，中压侧助增作用很小，可以认为故障电流仅在高、低压绕组间流动。故障电流特征满足主变低压侧AB相间短路故障特点。
启动前三相电压有效值A相61.43V、B相61.45V、C相61.38V，相位差120°左右；跳闸前三相电压有效值A相59.12V、B相53.55V、C相60.25V；B相电压幅值下降比A、C相幅度更大。这是因为主变低压侧AB相间短路相当于将B相绕组短路，高压侧一定是B相的电压最低。B相电压大小与高压侧和低压侧之间的漏抗有关，漏抗较大时，高压侧B相电压下降就很少。
4比率差动保护动作分析
传统的变压器差动保护，为了在形成差流前进行相位补偿，CT二次接线通常为Y侧三角接或Δ侧星型接线[4]。而微机型变压器差动保护CT二次侧均采用星型接线，电流相位和幅值的差异可以通过微机保护内部计算补偿。该站主变配置的保护YN侧校正公式[5]为：
从图4中可知，启动前三相差流相等，负荷电流较小，跳闸前的三相差流有效值为A相1.36Ie，B相2.71Ie，C相1.35Ie，由于主变压器保护在Δ侧进行相位补偿，Y侧采用零序补偿的新型差动原理，因此A、B、C相都有差动电流。差动电流超过动作整定值后，比例差动、工频变化量比率差动保护正确动作。
5故障原因分析
由于主变为单体变压器，差动保护35kV侧二次电流取自301开关的主变侧CT，故障范围应在主变低压侧引出线至301开关之间，不包括301开关。事后检查发现#1主变B相35kV侧连接至35kV母线A相的套管引流夹件断裂导致AB两相相间短路，引起主变差动保护动作，验证了以上的分析结果。套管引流夹件断裂的原因主要是制造工艺粗糙导致存在内部缺陷，该变电站靠近海边，运行过程中受到振动、海风等因素影响导致断裂。
6结论
根据以上分析可以得出下述结论：
（1）500kV变压器低压侧发生相间短路，高压侧故障滞后相电压降低，电流增大为其它两相的2倍，方向和其它两相相反。可以根据这一特点，将该故障与其它类型故障加以区别，使保护装置对该故障正确动作，防止因误动或采取错误动作策略导致的故障范围扩大。
（2）主变压器比例差动和工频变化量比率差动动作，零序差动保护未动作，表明故障点位于低压侧绕组外部与低压侧断路器CT之间，即低压侧Δ绕组外发生了故障，变压器没有传变零序分量，结论与现场检查发现故障点吻合。
（3）本次区内故障中，工频变化量差动比稳态比例差动更灵敏，动作速度更快。根据这一特性，变压器保护与一次设备配合，可以迅速将故障切除，极大地提高了保护的正确动作率。
（4）从故障中可以看出，高压侧电压变化很小，对变压器复压闭锁后备保护的复压元件基本上没有灵敏度，因此需要将故障侧的复压元件并入高压侧使用。
参考文献
[1]景敏慧.电力系统继电保护动作实例分析[M].北京：中国电力出版社，2012.
[2]王光中，郝建宏，王淑君.某110kV变电站主变差动保护动作分析[J].电力系统保护与控制，2010,38（4）:134-136
[3]雷明，刘峰，康林贤.陕西电网330kV“12.5”主变故障差动保护动作分析[J].电力系统保护与控制，2008,36（22）：104-107
[4]王轶.变压器一次接线组别对二次差动保护接线方式的影响[J].南方电网技术,2010,4(3):96-98
[5]南京南瑞继保电气有限公司.RCS-978系列变压器成套保护装置技术说明书[Z].2001.
作者简介
周文瑞，男，1990年9月出生，广东省河源人，大学本科学历，助理工程师职称，现于中国南方电网有限责任公司超高压输电公司广州局从事变电运行与维护工作。
论文作者:周文瑞
论文发表刊物:《电力设备》2017年第17期
论文发表时间:2017/11/6
标签：故障论文; 差动论文; 电流论文; 动作论文; 变压器论文; 接线论文; 低压论文; 《电力设备》2017年第17期论文;