基于故障录波图查找主变差动保护故障点

基于故障录波图查找主变差动保护故障点

王鹏程

（国网新疆电力公司喀什供电公司新疆喀什市844000）

摘要：在我国不断发展的过程中，我国的科技得到了快速的进步，介绍了一起220kV主变差动速断保护动作跳闸的事故。通过对主变保护装置录波图、线路保护装置录波图及故障录波器录波图分析，准确查找出了故障点在主变高压侧架构B相绝缘子处，为事故处理提供了有效参考，确保了变电站主变安全可靠运行。

关键词：故障录波图；差动保护；零序电流；故障定位

引言

电力变压器是发电厂和变电站的主要电气设备，变压器本体及相关保护装置的正常可靠运行对一个变电站甚至整个电力系统的安全稳定至关重要。一旦发生故障造成设备损坏，因其检修难度大、周期长，势必要造成很大的经济损失。变压器差动保护是按照循环电流原理构成的，是变压器的主保护之一。一般采用的是带制动特性的比率差动保护，因其所具有的区内故障可靠动作，区外故障可靠闭锁的特点使其在系统内得到了广泛运用。区内故障时，差动保护瞬时有选择性的断开故障设备，极大的保证了电网、设备、人身的安全。

1变压器差动保护基本原理及作用

差动保护是根据“电路中流入节点电流总和等于零”的原理制成的。在绕组变压器的两侧均装设电流互感器，其二次侧按循环电流法接线，即如果两侧电流互感器的同级性端都朝向母线侧，则将同级性端子相连，并在两接线之间并联接入电流继电器。在继电器线圈中流过的电流是两侧电流互感器的二次电流之差。变压器差动保护为变压器的主保护，主要用来保护双绕组或三绕组变压器绕组内部及其引出线上发生的各种相间短路故障，同时也可以用来保护变压器单相匝间短路故障。差动保护的优点是能迅速有选择的切除保护范围内的故障，接线正确，调试得当，不会发生误动。缺点是不能反应内部变压器内部如铁芯过热烧伤、油面降低等故障，如变压器绕组发生少数线匝的匝间短路，虽然短路匝内短路电流很大，会造成局部绕组严重过热并产生强烈的油流向油枕方向冲击，但是表现在相电流上并不大，差动保护将没有反应。因此差动保护不能代替气体保护。

2故障信息

故障时，1号主变保护动作信息为：24ms，差动速断保护动作。B相故障电流二次值为86.73A，TA变比为1200/5，折合一次值为20815.2A。1号主变保护装置故障录波图如图2所示。图2中，1，2，3通道分别代表主变高、中、低压侧开关跳闸；IA1，IB1，IC1，I01分别为1号主变高压侧A相电流、B相电流、C相电流和零序电流，IA1=2.29A；IB1=86.73A，IC1=1.07A，I01=86.73A；UAH，UBH，UCH，U0H分别为1号主变高压侧A相电压、B相电压、C相电压和零序电压，UAH=58.90V，UBH=1.28V，UCH=59.09V，U0H=61.22V。分析录波图可知，故障时，1号主变高压侧B相电压下降到1.28V，同时B相电流达到86.73A，属于B相接地特征。由于B相电流大，B相TA饱和严重，因此录波图中B相电流畸变，不是标准正弦波。当甲线保护装置启动时的录波图如图3所示。其中，IA，IB，IC，I0分别表示甲线A相电流、B相电流、C相电流和零序电流；UA，UB，UC，U0分别表示甲线A相电压、B相电压、C相电压和零序电压。其他线路保护装置录波图形与甲线相似，不再一一列出。1号主变故障录波器录波图如图4所示。故障时，1号主变高压侧B相电压下降到1.226V，B相电流为3.435A，TA变比为1200/5，折合一次电流为824.4A，比差动保护中B相电流小19990.8A。

3故障定位分析

由图2、图3分析可知，故障时，主变及220kV线路间隔B相电压下降，同时B相电流增大，符合B相接地故障特征。对比图3中甲线零序电压U0与零序电流I0相位，即图3中线条1与线条2相位差可见，U0超前I0约70°，符合线路保护反方向故障特征，即故障点在线路保护区外，因此故障点不在220kV线路上。由于母差保护未动作，1号主变差动速断保护动作，因此可以初步断定故障点在1号主变差动速断保护范围内，主变差动速断保护动作正确。

图21号主变保护装置录波图示意

由图2和图4可知，同为1号主变高压侧电流，差动保护与故障录波器中B相电流值相差巨大。查看TA次级分配，差动速断保护TA采用独立TA，而故障录波器使用主变高压侧套管TA，两者安装位置不同（见图1）。由于主变差动速断保护TA中流过较大的故障电流，而主变高压侧套管TA中并未流过较大的故障电流，因此故障点不在主变内部，否则主变高压侧套管TA也将流过与主变差动速断保护TA相同的故障电流。因此，故障点应该在主变差动速断保护TA与主变高压侧套管TA之间。由于主变高压侧独立TA中的短路电流是由220kV系统提供，该系统短路容量大，因此短路电流巨大。而主变高压侧套管TA中的短路电流是由110kV系统提供的故障电流及故障零序电流构成的，由于110kV系统短路容量较小，因此短路电流小。

根据以上分析，对主变高压侧差动保护TA至主变高压侧套管之间的导引线进行检查，发现主变高压侧架构B相绝缘子有严重放电痕迹。对该绝缘子进行耐压试验，发现绝缘子已被完全击穿，即故障点在主变高压侧架构B相绝缘子处。由于该绝缘子在主变差动速断保护范围内部，因此主变差动速断保护动作行为正确。

3差动保护误动原因分析

变压器的保护有差动保护和瓦斯保护以及过电流保护，其中差动保护原理是考虑循环电流装设的。差动保护来讲：对于我公司主变型号：SF7-20000/35，差动保护主要是保护主变压器绕组引出线及内部上发生的相间短路故障以及单相匝间短路故障。电流互感器装设在主变压器的两侧，互感器选用速饱和铁芯的D型；变压器联结方式为Y/D-11的电流两侧相差30°，需要调整CT二次回路的变比以及接线，对于接线来讲：Y/dll接线的变压器，由于低压侧三角形侧电流的相位超前高压侧星形侧同一相电流300，要将三角形侧的CT接成星形，星形侧的CT二次侧接成三角形，校正流入差动继电器的二次侧电流互感器电流，达到消除Y/D-11变压器的接线方式对差动保护的影响。差动继电器是接在差动回路上。从原理上看，差动回路电流为零的条件是正常运行或外部故障，但在实际运行情况来看由于负荷侧和一次电源侧的互感器的特性不可能达到完全一致，在外部短路以及正常运行时，差动回路中存在不平衡电流，就要求通过差动继电器的二次电流值要小，以确保差动继电器不动作。当主变压器内部发生故障时，在差动回路中由于二次电流改变了方向，故障时流过差动继电器的电流为两侧二次电流之和，达到差动继电器可靠动作的条件。

结语

在本次事故处理中，主变保护装置录波图、线路保护装置录波图及故障录波器录波图在故障分析中起了重要作用。通过对以上录波图的综合分析，再加上推理判断及实地检查，准确查找出故障点位置，为故障处理提供很好的参考。

参考文献：

[1]薛峰．怎样分析电力系统故障录波图[M]．北京：中国电力出版社，2014.

[2]国家电力调度通信中心．国家电网公司继电保护培训教材[M]．北京：中国电力出版社，2010.

[3]周波．主变差动保护TA断线故障的检查与处理[J]．电力安全技术，2012，14（4）：8-10.