V/X 接线主变压器差动保护装置动作跳闸分析

2014-03-13朱志厅

电气化铁道 2014年2期

朱志厅

0 引言

京沪高铁、沪杭高铁等高速铁路接触网均采用AT 供电方式，牵引变压器采用V/X 接线，V/X 接线变压器作为一种新型变压器已在高速铁路中广泛运用。V/X 接线是V/v 接线的技术整合或改进，由2 台用于AT 供电的单相三绕组变压器组合而成，变电所内设置4 台单相牵引变压器，每2 台单相牵引变压器接成V/X 接线构成1 台完整的牵引变压器运行，另2 台V/X 接线的变压器作固定备用。因变压器接线方式的特殊性，其差动保护装置的设置与常规牵引变压器（下文简称为牵引变）差动保护装置有所不同，根据接线方式不同，V/X 接线变压器，每台单相变压器可设1 套差动保护装置，也可2 台单相变压器作为1 组共用1 套差动保护装置，如沪杭高铁牵引变就采用该方式，因而发生主变压器（下文简称主变）差动动作跳闸时，要根据具体情况进行分析。

1 故障概况

2011 年10 月25 日17 时07 分，沪杭高铁嘉兴南牵引所1#、3#主变差动保护装置动作跳闸，备自投成功。故障发生后，供电调度立即通知检修人员抢修，检修人员到达现场后，对主变及其一次侧、二次侧设备外观检查未发现异常，对主变绝缘、直流电阻、一次侧、二次侧电流互感器、综自系统测试也正常，同时对1#、3#主变的变压器油取样油色谱分析，化验分析均正常。10 月29 日，进行试送电不成功，差动故障报文与25 日类似，同时主变后备保护也启动。再次对1 号系统的一次、二次设备进行检查，发现3#主变二次侧电缆在电缆沟转弯处被击穿，更换故障电缆后，恢复正常供电。

2 原因分析

2.1 V/X 接线变压器差动保护原理分析

差动保护作为变压器内部以及套管引出线相间短路的保护以及中性点直接接地系统侧的单相接地短路保护，同时对变压器内部绕组的匝间短路也能反应。其保护的范围是构成变压器差动保护的一次侧、二次侧电流互感器之间的电气设备。V/X接线变压器差动保护装置接线如图1 所示。220 kV电源引入，1#主变一次侧引入A、C 相，3#主变引入B、C 相，C 相为公共相，二次侧2 个绕组，分别供接触网T 线和正馈线F 线，二次绕组引出中性点接地，二次侧差动互感器Iα和Iβ分别为接触线T1、正馈线F1及接触线T2、正馈线F2的合成电流，2 台单相变压器共用1 套差动保护装置。

B 相、C 相差动电流、制动电流计算方法类似。

图1 V/X 接线主变压器差动保护装置接线图

主要设差流速断保护及2 次谐波闭锁的比率差动保护装置。

差动速断保护装置动作条件：某一相差动电流大于本相的差动电流速断定值时，瞬时动作出口，动作判据为Icd≥Isd。

2 次谐波闭锁的比率差动保护装置动作条件：在三相差动电流任一相差动电流值大于该相的差动电流定值时启动，任一相差动电流的2 次谐波和基波的比值大于2 次谐波制动系数KH2，则闭锁比率差动保护。

动作判据为

Icd≥ICD，当Izd≤IGD1；Icd- K1(Izd- IGD1)≥ICD，当IGD1＜Izd≤IGD2；Icd- K2(Izd- IGD2) - K1(IGD2- IGD1)≥ICD，当Izd＞IGD2。

式中，Icd为差动电流；Izd为制动电流，IGD1为拐点1 电流整定值；IGD2为拐点2 电流整定值；K1、K2为拐点系数。

特性曲线如图2 所示。

图2 比率差动制动特性曲线图

2.2 主变差动保护装置动作的主要原因

以嘉兴南牵引所为例，单相变压器容量为40 MkV·A，2 台单相变压器接成V/X 接线，电流互感器接线系数Kjx= 1，220 kV 侧电流互感器（下文简称流互）变比nT1为800，27.5 kV 侧流互变比nT2为2 500。

此行，他的“搭档”还有来自省林科院科研管理处的处长梁军生、省茶叶研究所的刘姝娟博士。后两位的服务领域分别是林下经济虫白蜡的养殖和茶叶种植、加工，刚刚结束在宜章县城的一堂讲座，又马不停蹄地赶赴一百公里开外的湖南瑶益春茶业有限公司进行调研。

变压器差动保护整定值如下：

差动速断 A、B 相动作整定值为2.18 A、C 相整定值为3.78 A，A、B 相差动动作电流0.17 A、C相差动动作电流0.30 A，平衡系数为0.39，拐点1电流为0.23 A，拐点2 电流为0.68 A。

故障报文录波分析如下：

1#与3#主变差动保护装置，比率差动保护装置动作，差流IA= 0.00 A，差流IB= 1.24 A，差流IC=1.25 A；制动IA=0.09 A，制动IB= 0.62 A，制动IC=0.71 A；高压侧IA= 0.09 A，高压侧IB= 1.24 A，高压侧IC= 1.33 A；低压侧IA= 0.23 A，低压侧IB=0.07 A；另外高、低压侧谐波基本为0。

从报文可以看出：高压侧B、C 相差流较大，达到比率差动保护装置动作条件，且两者差别不大。另外低压侧IA（α相）电流正常，IB（β相）电流变化较大，初步可以判断：变压器内部B、C相间短路或对应的低压侧内部短路。因1#主变接A、C 相，低压侧对应为α相，3#主变接B、C 相，低压侧对应为β相。综合判断：3#主变低压侧绕组或3#主变至电流互感器之间的连接电缆发生接地短路。

录波情况分析：故障录波如图3、图4 所示。

图3 故障录波电流幅值图

图4 故障录波电流相位图

从图中波形可以读取高压侧IA、IB、IC的幅值和相位，三相电流正常，满足高压侧平衡，即1#主变和3#主变的高压侧绕组应该没有异常。

从波形还可以看出，低压侧Iβ（3#主变低压侧的T、F 相合成电流）的波形开始一直比较平稳，而在高压侧电流IB和IC突增之后很快衰减为零，导致该电流发生变化的原因是3#主变低压侧突然出现了异常。

通过故障报文及录波综合分析，导致该次差动保护装置动作的主要原因是3#主变低压侧有故障。最后经检修人员对3#主变低压侧设备及连接电缆进行检查测试，发现3#主变二次侧电缆在电缆沟转弯处被击穿。

3 主变差动故障对策

根据变压器差动保护原理，发生差动保护装置动作的主要原因有变压器内部故障、变压器及其套管引出线发生短路故障、电流互感器短路或开路、保护二次回路发生故障及空载合闸时励磁涌流引起的主变差动。

据统计，由非变压器本体故障造成差动保护装置动作占80%左右，主要因为励磁涌流，电流互感器故障，一次侧（二次侧）电缆、直流回路等造成，差动保护装置动作主要对策如下：

（1）差动保护装置动作跳闸的同时，如果主变后备保护装置也启动，很可能是差动保护范围内一次设备故障，如果同时有瓦斯保护装置动作，即使只报轻瓦斯信号，基本确定为变压器内部故障，针对变压器本体内部故障，处理时就需要对主变进行绝缘电阻、直流电阻测试，必要时进行油色分析。

（2）根据报文及录波，判断一次侧（二次侧）电流是否符合差动出口条件，差动电流互感器本身有无异常，瓷质部分是否完整，有无闪络放电痕迹，回路有无断线接地，如差动保护装置动作前日常巡视CT 时有异常声响或差动二次回路上有打火现象，则说明差动CT 二次故障的可能性较大，检查二次回路有无断线或短路、接地等情况。

（3）变压器套管有无损伤、有无闪络放电痕迹，变压器套管至CT 间引出线，避雷器引线、有无接地短路，有无异物落在设备上，差动保护装置动作跳闸前如变压器套管、引线、CT 有异常声响现象，往往是因这些设备故障而引起差动保护装置动作。