摘要：变电站作为电力系统中一个非常重要的组成部分，重要负责电能分配和电压调节，一旦变电站出现问题，可能会直接导致区域停电，影响用户的用电体验。本文以某公司110kV变电站为例，就其2#变压器在运行中出现的差动速断保护跳闸故障进行了深入分析，希望能够为类似故障的处理提供一些参考。
关键词：110KV变电站；变压器；差动速断保护；跳闸故障
1 概述
2018年6月25日下午16时，某公司110kV变电站出现运行故障，现场勘查可知，2#变压器差动速断保护动作，GIS设备高压断路器中的102开关发生跳闸，导致局部区域工业级居民生活用电中断。故障发生后，电力技术人员迅速展开故障排查工作，依照故障录波图以及差动保护装置的记录值，经过综合分析确定了差动保护动作的位置，对故障进行了快速排除。
2 故障确定
为了准确判定故障的位置和原因，查看2#变压器保护装置的跳闸记录，其差动速断保护的整定值如图1所示。
图1 2#变压器差动速断保护整定值
可以看出，差动速断电流定值为4.2A，而结合CSC-326G数字式差动保护装置的动作记录分析，在6月25日下午的16点32分，保护启动后0.008s，差动速断保护中A相的出口跳闸电流显示为16.15A，0.012s后，差动速断保护B相出口跳闸电流为19.94A，0.015s后，差动速断保护C相出口位置的跳闸电流为19.40A。对照保护跳闸记录分析，发生故障跳闸时，出现了三相金属性接地的情况，动作电流远远超过整定值，表明差动保护范围内，发生了故障[1]。
3 故障分析
3.1变压器本体故障排除
作为变压器的主保护，差动保护跳闸能够帮助电力工作人员区分故障究竟属于变压器区内故障还是变压器区外故障。若属于变压器本体故障，会出现本体重瓦斯跳闸或者调压瓦斯等非电量跳闸报警，而在该事件中，保护室非电量保护并没有报警，可以将变压器本体三相故障排除，然后检查变压器本体，对故障位置进行更进一步的判断，检查的内容包括：一是事故变压器外壳、引线、套管等是否存在放电或者闪络灼伤的痕迹；二是对事故变压器的套管进行全面检查，看是否存在裂纹、脏污，引出线是否断裂；三是检查事故变压器是否存在有渗油、漏油的问题；四是打开事故变压器，检查变压器油的温度、位置和色泽。在实践中，上述检查都没有发现问题，则排除变压器本体故障。
3.2明确短路点大致位置
在变压器差动速断保护已经动作的情况下，需要结合其保护范围，就可能发生短路的位置进行分析和预测，得到相应的短路电流值，经计算后，确定110kV/10kV变压器的短路位置，短路点可能出现的位置由110kV高压侧、10kV低压侧、变压器到GIS电缆位置等，，需要对其进行逐一排查[2]。
结合故障录波分析，当跳闸故障发生时，B相和C相首先发生短路，之后的拉弧引发了三相短路；55ms后，A相、B向和C相相机发生动作跳闸，电流归零。对照保护跳闸记录，可以明确故障跳闸时，三相金属性接地，动作电流远远超出了电流的保护整定值，表明差动保护范围内确实存在故障，需要电力工作人员做好现场检查和分析计算。变压器差动保护属于一种以变压器为中心的保护，保护范围同时包括了变压器的高压侧和低压侧，以及各种附属设施，如电缆、GIS出线、变压器室等。
在对故障进行排查的过程中，需要首先区分短路发生在高压侧还是低压侧。结合故障滤波图分析，跳闸故障发生后，2#变压器110kV侧三相瞬时电流均为40A左右，将其折合到一次侧进行转换和计算，电流数值约为20kA，数值更加巨大的互感器磁路饱和未能测出；10kV侧电流显示为2A，将其折合到一次侧进行转换和计算，电流数值为8kA。对照相应的短路电流计算方法，参考图2系统计算图和阻抗计算图，明确变压器高压侧和低压侧短路时，会分为两种不同的供电输入情况，在考虑220kV两路同时供电的情况下，计算得到短路冲击电流的数值为34.5kA；1#220kV站单独供电供电，得到短路冲击电流为24.09kA。10kV侧发生短路时，220kV两路同时供电的情况下，计算得到短路冲击电流的数值为55.4kA；1#220kV站单独供电供电，得到短路冲击电流为50.58kA[3]。
图2 系统计算图和阻抗计算图
实际生产中，2#变压器由1#220kV站独立供电，查阅相应的故障录波图，1#220kV站于短路故障发生的瞬间，电压就已经归零，2#220kV站中的110kV母线电压基本稳定，没有出现大的变化，不过电流频率产生了波动，考虑1#和2#220kV变电站内部110kV采用的都是合环运行模式，4#和5#中，甲乙母线的波形同样没有发生很大变化，确定此次故障中，2#变压器由1#220kV站单独供电。
若短路点发生在10kV侧，短路电流值基本不会小于50kA，同样参考故障录波，对短路瞬间110kV侧的电流值进行折算，约为20kA，而10kV侧电流值在经过折算后，约为8kA。由此可知，当短路点不可能处于10kV侧时，就只能发生在110kV侧。以110kV/10kV侧作为两点，对短路电流以及故障录波显示瞬时电流进行计算，结果见表1。对照表1可以明显看出，短路点的确发生在110kV侧。
表1 计算短路电流和故障录波瞬时电流
3.3明确短路点具体位置
初步确定短路点位于110kV侧后，依然无法准确找到故障点的位置，因此需要进行一步开展故障分析和定位，对其具体位置进行明确。上文提到，短路点可能存在的位置包括GIS开关、电缆、电缆仓等，可以对这几个位置进行逐一分析。
首先对GIS开关室102间隔进行检查，控制装置显示断路器断电，GIS室内部可以闻到异味，同时电缆室SF6气体压力出现了低压报警，然后对GIS开关柜进行分析，发现电缆终端仓SF6气体的气压指示为零，GIS间隔电缆头A相位置可见明显裂痕，B相和C相同样有裂痕，不过并不明显。由此判定，此次差动保护跳闸属于GIS开关到变压器电缆引线之间（区外电缆仓）短路引发的故障跳闸问题。打开电缆仓室，内部可见明显的灼烧痕迹，由此判定，短路点位于电缆仓内部[4]。
4 结语
结合相应的差动速断保护记录以及故障录波数据，经由短路计算和分析，确定三相短路故障发生在110kV GIS开关室电缆仓位置。对故障产生的原因进行分析，主要是GIS室SF6气体存在泄漏，间隔绝缘下降，而事故发生当天有雨，潮湿的空气导致了设备绝缘性能的进一步下降，B相和C相短路，较大的短路电流引发了拉弧问题，造成电缆头位置三相短路，引发差动速断保护。结合故障的实际情况，在进行电力系统运行管理的过程中，应该高度重视设备管理维护工作，以智能化技术为支撑，实现报警信号的自动上传，也可以增加声光报警信号，以及时发现SF6气压降低问题，对故障进行预防和处理。
参考文献：
[1]倪传坤，于同伟，邓茂军，李宝伟，胡叶宾，李旭.基于GOOSE网络的智能变电站变压器纵差保护方案[J].电力系统自动化，2019，（2）：1-5.
[2]朱林，陈玉洁.内桥接线变电站主变差动速断保护误动分析[J].河南科技，2017，（23）：141-142.
[3]张丰和.数字化变电站主变压器差动速断保护误动事件分析[J].广西电力，2015，38（05）：23-27.
[4]舒佳.变压器微机差动保护测控装置的研究与设计[D].西安工程大学，2012.
论文作者:高志杰
论文发表刊物:《基层建设》2019年第7期
论文发表时间:2019/6/24
标签：变压器论文; 故障论文; 电流论文; 差动论文; 变电站论文; 电缆论文; 位置论文; 《基层建设》2019年第7期论文;