V/X接线主变差动保护跳闸分析

石桂兵 中国铁路上海局集团有限公司调度所

随着我国高速铁路建设的快速发展，V/X接线变压器作为新型的变压器已经在京沪高铁、沪杭高铁、合福高铁等牵引变电所大量投入使用，因V/X接线方式的特殊性，其差动保护装置的设置与常规接线变压器设置不同，也出现了除常规的变压器内部故障、CT内故障外，由外部原因引起的差动保护动作情况的特殊问题。

1 故障概况

XX年XX月XX日，合福线柴林桥牵引所1号、3号差动保护动作，自动投切至2#进线带2号、4号运行。故障发生后，现场人员首先对1号、3号主变一次设备进行了规定项目测试，对差动保护整定值及保护装置进行了实验，未发现任何问题，对跳闸数据进行计算，满足差动保护启动条件。经对跳闸时故障录波图进行分析，判断此次跳闸的原因为进线电源故障。

2 原因分析

2.1 V/X接线主变差动保护原理

牵引变压器差动保护主要保护变压器内部、套管，以及引出线上多相短路、层间短路、接地短路故障，保护范围是变压器一次侧、二次侧电流互感器之间的设备。V/X接线主变差动保护装置接线如图1所示，地方供电公司进线电源A、B、C三相引入，1号主变引入AC相，3号主变引入CB相，其中C相为公共相，一次侧电流分别用IA、IB、IC表示。二次侧采用X形式，二次侧电流Iα为IMT、IMF的合成电流，Iβ为ITF、ITT的合成电流。ICD为本变压器负载相差动电流，IZD为制动电流；ICDG为本变压器公共相差动电流，IZDG为制动电流。为实现高、低压侧之间的差动电流平衡，电流由低压侧向高压侧平衡。平衡关系为：

其中1/KPH=nT2/KnT1，nT1为变压器高压侧电流互感器变比；nT2为变压器低压侧电流互感器变比；K为变压器高低压侧绕组匝数比。以A相、公共相C计算为例：

A 相差动电流 Icd为：ICD=|IA-Iα′|；

A 相制动电流 Izd为：IZD=|IA+Iα′|/2；

公共相 C 相差动电流 Icd为：ICD=|IB-Iβ′|；

公共相 C 相制动电流 Icd为：IZD=|IB+Iβ′|/2。

差动速断保护动作判据为某相大于本相差动电流速断定值，即ICD＞ISD，变压器两侧断路器动作跳闸，无延时切断故障设备。

图1 V/X接线主变差动保护装置接线图

2.2 主变差动保护动作的主要原因

以柴林桥牵引所为例，2台单相变压器高压侧容量均为40 MVA，接成V/X接线，220 kv侧电流互感器变比nT1为600，27.5 kv侧电流互感器变比nT2为2 500。

变压器差动保护装置整定值为：差动速断A、C相动作整定值为1.82 A，公用相B相动作整定值为2.82 A。比率差动A、C相差动动作电流为0.15 A，公用相B相差动动作电流为0.24 A。平衡系数为1.92。故障报文如图2所示。

图2 柴林桥牵引所差动保护故障报文

根据差动保护动作原理，结合故障报文数据，进行测算如下：

1号主变A相差动电流：

1号主变公共相C相差动电流：

经上述计算，证明1号主变差动保护属于正常动作。用相同的方法对3号主变差动保护报文也进行计算，两次结论完全一致。

通过对1号、3号主变的一、二次侧设备进行检查试验，各项检查和试验数据均正常。为进一步查找差动故障原因，对动作时的故障录波情况进行调取分析，图3为1号主变故障录波、图4为3号主变故障录波。

图3 1号主变故障录波

图4 3号主变故障录波

经分析发现：UH一栏中，第一个0点与第三个0点时间相差20 ms，第三个0点与第五个0点相差20 ms，第五个0点与第七个0点相差28 ms。UT与UF前三波峰与第四、五、六波峰大于2倍的关系，同时公共相B相有电流存在，数值明显大于一个边相的电流，方向相反。由此可以判断，此次故障有可能是变电所进线电源B相发生接地故障，使进线电压产生波动畸变，产生励磁涌流，导致1号、3号主变差动保护动作。

2.3 常见的进线电源故障对差动保护影响分析

为了更好地分析问题，指导现场快速查找故障，对进线电源常见的故障是否会引起差动保护误动进行分析。

2.3.1 公共相C相高压侧缺相

AC线电压变成AB线电压，但原线圈数值上只有1/2，但C相无电流。由公共相差动电流因此差动保护也会动作。本例中因为C相有电流，变化后UT、UF电压数值明显小于1/2，所以不会是这种情况。

2.3.2 公共相C相高压侧接地

AC线电压变成A相电经过单相变压器高压线圈接地，C相有接地电流（110 kV以上高压系统中性点接地系统）。UT、UF电压数值应等于原来的。由公共相差动电流ICDG=|I˙c-（I˙α+I˙β)×0.52|，|I˙c|中有 A、B 相经过线圈的接地电流，因此差动保护也会动作。这种情况与上述跳闸比较相似。

2.3.3 边相A相高压侧接地

AC线电压变成C相电经过单相变压器高压线圈接地，A相有接地电流（110 kV以上高压系统中性点接地系统）。UT、UF电压数值应等于原来的。由边相A相差动电流ICD=|中有 C 相经过线圈的接地电流而低压侧无负荷电流I˙α=0，因此差动保护会动作。

3 应对措施

通过对近几年上海局集团公司管内变压器差动故障统计分析，非变压器本体原因引起的差动保护动作约占80%左右，其中因进线电源电压异常导致差动保护动作的情况也多次发生。

为减少因进线电源故障导致牵引所主变发生差动保护几率，要密切和地方供电公司联系，及时掌握上级变电所的运行情况。加强对进线电源线路的巡视管理，特别是大风、雨雪等恶劣天气时，及时发现并处理进线电源存在的安全隐患。对于供电线路线夹、电缆等薄弱设备，要加强日常巡检和周期试验，避免断线和接地故障发生。

差动保护发生后，在对变压器一、二次设备进行常规检查、试验的同时，还要及时查阅故障报文，调取故障录波，分析进线电压波动情况，及时询问供电公司上级电源情况，若变压器本体及一、二次设备检查无异常，主变故障录波有明显变化时，则可以判定系进线电压波动畸变，产生励磁涌流引起的差动保护。此时，可省去对变压器油化验、检查的程序，待进线电压恢复正常后，即可将变压器投入运行，可以大大缩短故障排查、处理时间，节省人力、物力投入，提高牵引供电系统的供电可靠性。