一次变压器故障分析

古领先　冀娟　庞建伟　洪瑜

（许继电气股份有限公司，河南许昌　461000）

一次变压器故障分析

古领先冀娟庞建伟洪瑜

（许继电气股份有限公司，河南许昌461000）

就一起变压器故障的事例，分析变压器故障时变压器高、低压侧电流的特性，并指明故障分析中当被分析对象在负荷侧，其特征不同于电力系统暂态分析课本上所示例的电源侧的特征。希望引起继电保护方面专家、学者的共同关注，以期作为对系统实际运行资料和继电保护专业理论书籍相关内容的补充。

变压器；故障特征；暂态分析

1　某变电站变压器故障概述

某变电站6.3MVA变压器，Y/D-11接线的，高压侧中性点未接地。该站仅一台变压器，高压侧一条进线，低压侧带3条出线。现场主接线如图1所示。

图1　变电站主接线图

运行过程中，差动保护动作，录波如图2所示。未能找到故障点，检查变压器后又重新投入变压器运行，运行正常。

现场变压器高压侧CT变比为200/5，变压器低压侧CT变比为400/5，变压器差动保护装置定值如下：高压侧额定电流，Ihe=6.3×1 000/（1.732×35×40）=2.6A；低压侧平衡系数，Kb=0.571；最小动作电流，Iop=1.0A；最小制动电流，Izd=2.6A。差动保护动作报告显示各相差动电流和制动电流分别如表1所示。

表1　动作报告

图2为故障时刻差动保护录波，主变高压侧三相电流大小相近、相位也相近（稍有差别的，可见零序电流是主要成分），而低压侧A相电流与高压侧A相电流相位几乎相反，且低压侧A相电流量值远大于低压侧另两相电流，有效值达到了12A左右。而且在异常电流出现40ms后，低压侧A相电流和高压侧A相电流出现了半周波左右的小量（其中电压量未录波。）

因高压侧是Y接线，电流要进行转角：

差流及制动电流计算公式：

将录波中的各侧电流数据按上述计算公式计算出各相差流和制动电流（在图2中示出），可见动作量值与动作报告中的差动动作量值是相符合的。A相差动保护动作条件满足，保护动作是符合动作逻辑的。

图2　差动保护动作录波图

在随后的正常运行状态下手动录波，由手动录波图可见，低压侧电流与高压侧电流相位差约为150°，与变压器钟点数一致。可见两侧CT极性接线，是正确的。

据了解，变压器后备保护在跳闸时段没有复合电压报警。从故障录波看，如存在故障，因复合电压报警有40ms延时，而故障40ms左右出现了恢复的现象，故复合电压是报不出来。

上述波形特征不同于教课书［1，2］上所述理想的故障后电源侧故障特征。同类事例在文献［3］中也有体现。为何出现这种特征的电流，没有进一步的数据，只能依据保护装置录波数据来推理。

2　一次系统存在故障的可能性

现场反映变压器是Y/D-11的，且高压侧整系统中性点不接地。因此，仅对此种情况进行分析。如果是一次系统的故障，则从低压侧A相电流大来看，应有低压侧A相故障点，且在区外；但如果是单相接地故障，对于D侧小电流接地系统来说，故障电流不应这么大。另外，保护跳闸后变压器重新投入后运行显示正常，故可假设无变压器本体内部故障。

先假定各相都有接地阻抗，只是不接地的相接地阻抗无限大，电路示例如图3所示。

可见，

图3　电路示例简化

如果高、低压侧接地点均在区外或均在区内，高、低压侧CT感受的电流零序应为0，与现场录波不相符。

因两侧系统电压等级不一样，需以接地点为参考，各量为实名值。高压侧线电压为35kV，低压侧线电压为10kV，及两侧CT变比，忽略变压器损耗，可近似认为：

又考虑低压侧CT极性与分析图中所示相反，则有：

2.1若I˙TA为高压侧CT感应的电流

如图4所示，已知低压侧A相为区外，则I˙DA为低压侧CT感应的电流，若I˙TA为高压侧CT感应的电流，则I˙TB=KI˙DA+I˙TA，可见I˙TB不为高压侧CT感应的电流，即高压侧B相有区内故障点。则I˙TC=-（I˙TA+I˙TB），可见I˙TC不为高压侧CT感应的电流，即高压侧C相也有区内故障点。则I˙YgC=I˙YC-I˙TC，I˙YgB=I˙YB-I˙TB，可见I˙YgC+I˙YgC=-I˙YgA≠O，则高压侧A相有区外故障，算出高压侧A相线路侧故障电流达14.9A（一次值达40×14.9=596A）。接着按式（5）计算I˙DB、I˙DC，可见I˙DC不为低压侧CT感应的电流，即低压侧C相也有区内故障点，I˙gC=I˙DC-I˙fC，可见I˙DB为低压侧CT感应的电流；如果低压侧B相无故障点，则I˙gB=I˙DB-I˙fB≈O，I˙fB=I˙DA-I˙gA=I˙DA+I˙gC，发现完全符合I˙fA+I˙fB+I˙fC=3I˙fO≈0。

图4　第一种假设波形图

综合上述分析可知：高压侧为A相区外接地，B、C相区内接地，低压侧A相区外接地，C相区内接地，B相无故障，电流特征完全可以符合现场录波。

2.2若I˙TB为高压侧CT感应的电流

如图5所示，已知低压侧A相为区外，则I˙DA为低压侧CT感应的电流，若I˙TB为高压侧CT感应的电流。则I˙TA=I˙TB-KI˙DA，可见I˙TB不为高压侧CT感应的电流，即高压侧A相有区内故障点，则I˙TC=-（I˙TA+I˙TB），可见I˙TC不为高压侧CT感应的电流，即高压侧C相也有区内故障点，则I˙YgC=I˙YC-I˙TC，I˙YgA=I˙YA-I˙TA，可见I˙YgA+I˙YgC=-I˙YgB≠O，则高压侧B相有区外故障，算出高压侧B相线路侧故障电流达15.5A（一次值达40×15.5=620A）。接着按式（5）计算I˙DB、I˙DC，可见I˙DB、I˙DC均不为低压侧CT感应的电流，即低压侧B、C相都有区内故障点，I˙gC=I˙DC-I˙fC，I˙gB=I˙DB-I˙fB≈0，则I˙fA=I˙DA-I˙gA=I˙DA+I˙gC，发现不符合I˙fA+I˙fB+I˙fC=3I˙fO≈0。数据在录波中进行计算，结果如图5所示。

综合上述分析可知：如果出现高压侧为B相区外接地，A、C相区内接地，低压侧A相区外接地，B、C相均区内接地，电流特征不符合现场录波。

图5　第二种假设波形图

2.3若I˙TC为高压侧CT感应的电流

如图6所示，已知低压侧A相为区外，则I˙DA为低压侧CT感应的电流，若I˙TC为高压侧CT感应的电流。则I˙TA=I˙TB+KI˙DA=-（I˙TA+I˙TC）-KI˙DA，即：I˙TA=-（I˙TC+KI˙DA）/2，可见I˙TA不为高压侧CT感应的电流，即高压侧A相有区内故障点。则I˙TB=-（I˙TA+I˙TC），可见I˙TB不为高压侧CT感应的电流，即高压侧B相也有区内故障点，则I˙YgB=I˙YB-I˙TB，I˙YgA=I˙YA-I˙TA，可见I˙YgA+I˙YgB=-I˙YgC≠O，则高压侧C相有区外故障，算出高压侧C相线路侧故障电流达15.5A（一次值达40×15.5=620A）。接着按式（5）计算I˙DB、I˙DC，可见I˙DB、I˙DC均不为低压侧CT感应的电流，即低压侧B、C相都有区内故障点，I˙gC=I˙DC-I˙fC，I˙gB=I˙DB-I˙fB，则I˙fA=I˙DA-I˙gA=I˙DA+I˙gC+I˙gB，发现不符合I˙fA+I˙fB+I˙fC=3I˙fO≈0。数据在录波中进行计算，结果如图6所示。

图6　第三种假设波形图

综合上述分析可知：如果出现高压侧为C相区外接地，A、B相区内接地，低压侧A相区外接地，B、C相均区内接地，电流特征不符合现场录波。

2.4可能性分析

综合上述分析可知：唯一可能的故障为高压侧为A相区外接地，B、C相区内接地，低压侧A相区外接地，C相区内接地，B相无故障。而如此复杂的故障，理应是连锁故障［4］，同时发生又似乎不可能。

3　回路异常的可能性

从现场保护装置的反应来看，未发现保护装置异常。现场对二次回路的检查也未发现异常。从波形来看，也未见CT饱和之类的特征。因此，不能得出二次回路异常的规律性［5］。

4　结论

电力系统故障时位于负荷侧的电流电压特征，往往不同于教课书上对电源侧故障特征的分析［6］。针对负荷侧的特征分析较少见到。本事例现场录波中的故障特征极为奇怪，本文只是进行了可能性分析，抛砖引玉，以期有人能进行准确的理论分析或仿真分析。

［1］韩祯祥，吴国炎.电力系统分析［M］.杭州：浙江大学出版社，1997：406-416.

［2］李光琦.电力系统暂态分析.第二版［M］.西安：水利电力出版社，1991：194，207.

［3］魏莉，邓涛，彭建宁.单相接地引起中性点间隙击穿后主变高压侧三相电流特点初步研究［J］.电力系统保护与控制，2010（8）：140-143.

［4］Wei Li，Deng Tao，Peng Jiannin.Pilot study of threephase current characteristic on transformer high-voltage side when the clearance is breakdown caused by single-phase grounding fault［J］.Power system protection and control，2010（8）：140-143.

［5］陈亦平，赵曼勇，刘文涛.南方电网连锁故障风险分析及防御措施研究［J］.南方电网技术，2010（3）：8-11.

［6］He Yiping，Hao Manyong，Liu Wentao.The Risks Analy⁃sis and Defensive Measures Research of Cascading Failures in Chi⁃na Southern Power Grid［J］.Southern Power System Technology，2010（3）：8-11.

One Transfomer's Fault Analysis

Gu LingxianJi JuanPang JianweiHong Yu
（Xuji Electric Corporation，Xuchang Henan 461000）

Taking a transformer fault as an example，the characteristics of high and low voltage side current in trans⁃former fault were analyzed，and pointed out the characteristics of the power supply side in the fault analysis when the object is analyzed in the load side，which is different from the power system transient analysis，hoping to attract the at⁃tention of experts and scholars in the field of relay protection，in order to supplement to the actual operation data of the system and the related content of the theory of relay protection.

transformer；fault characteristic；transient analysis

TM407

A

1003-5168（2016）08-0137-04

2016-07-16

古领先（1978-），男，本科，工程师，研究方向：电力系统自动化研发；冀娟（1980-），女，本科，工程师，研究方向：继电保护研发；庞建伟（1973-），男，大专，助理工程师，研究方向：电力系统继电保护的调试；洪瑜（1982-），男，本科，助理工程师，研究方向：继电保护调试。