一起主变动作原因分析及故障处理

一起主变动作原因分析及故障处理

曹鑫

新疆华电米东热电有限公司  新疆  乌鲁木齐  830019

摘要：针对某110kV变电站35kV侧线路遭受雷击，线路保护电流一段动作现象，使用录波分析软件分析故障前的电流相位、差动动作值和C相动作轨迹。在分析主变差动保护动作原因的基础上，得出了在单相接地故障状况下，主变高压侧出现三相电流幅值基本相同以及相位基本一致的结果。证实了此次故障是一起典型的B相区外故障，差动B相可靠不动；C相区内故障，差动C相正确动作。C相区内故障，主要是一体化电流互感器遭受高电压，绝缘被击穿，导致区内C相接地。通过主变动作原因分析和总结经验，提出了改进措施，旨在更好地完善变压器保护的运行和维护。

关键词：电力变压器；主变比率差动；差动保护；故障分析；雷击；措施

一、引言

2020年7月某110kV变电站1号主变带负荷运行，2号主变处于冷备用状态，所有线路均处于正常运行状态。17：00该地区发生雷击。17:36:33.752，35kV侧线路保护电流一段动作。17:36:33.750，1号主变差动C相出口，跳开三侧断路器。17:36:33.816主变复合电压保护动作。经运行人员检查，除发现35kV线路遭雷击外，尚未发现其他明显的故障点。

检修人员随即对110kV变电站的一次设备和二次设备进行详细检查和试验，通过使用许继公司的Prate800录波分析软件和国家继电器检验检测中心动模实验室提供的录波分析软件，分别对故障录波波形数据进行分析，以期查出发生故障的真正原因。

二、故障分析

（一）分析故障前的电流相位

在许继WBH811A保护装置中，差动保护电流互感器（TA）均以母线侧为极性端，各侧电流二次均以Y型接入保护装置，Y侧电流由软件进行Y－△的相位转换；录取的波形数据中，高中低三侧电流均未作角度转换和幅值补偿。

如图1所示，“高压侧A相电流”为接入保护装置的初始电流，“高压侧A”为进行Y→△的相位转换和幅值补偿后的电流。从图示曲线信息可以看出，故障前任一时刻，各侧A、B、C三相电流相角差基本上为120°，且为正序，接线正常。高压侧和中压侧各同名相电流相位差基本上为150°左右，中压侧和低压侧各同名相电流基本同相位。以各侧A相电流为例，在图1特性图上很清楚的反映了各个电流间的相位与幅值关系。

图1 差动动作前任一时刻相位分析

该1号变压器为Y0/Y/△-12-11接线，从理论上分析[1-2]，正常运行时中压侧与高压侧各同名相相位差约为180°，中压侧和低压侧各同名相相位差约为30°。由于该变压器中压侧负荷很小，最大电流只有0.2A左右，所以正常运行时仍然能够保证维持很小的差流，并不会引起差动出口[3]。

当对2号主变进行检查后，发现了问题所在。该站有2台主变，各种配置相同。8月13日对2号主变正常运行的状况进行了录波，从录到的波形中可以清楚地看到，高压侧和中压侧各同名相电流相位差约为150°，中压侧和低压侧各同名相电流基本同相位。

在对2号主变外部做相位试验时，发现高压侧和中压侧相位确实相差150°。此时在监控后台上显示中压侧的功率因数角为－10°而高压侧和低压侧功率因数角均为30°。从中压侧保护中显示的有功为正，而无功为负。各方面的现象都表明中压侧为一容性负载，向系统倒送无功。为进一步证实，对中压侧多带几个感性负载进行试验。图2为负荷发生变化后的波形。此时高压侧和中压侧电流相位相差180°，恢复到理想状态。

图2   2号主变负荷发生改变后的波形

（二）分析差动动作值

用波形分析软件分析图3波形，可以得到经过软件角度转换和幅值补偿后的差动出口各侧各相电流值及差流值，与经过软件角度转换和幅值补偿后的动作报告相关数值对比，两者相符。

主变比率差动报告为：故障相别为CN；故障时间为20040804 17:36:33.750；动作时间为33ms。高压侧：IA=5.43∠89.16Ａ；IB=9.75∠283.65Ａ；IC=4.70∠120.62Ａ。中压侧：IA=5.40∠283.08Ａ；IB =5.22∠104.99Ａ；IC =0.25∠61.93A；低压侧: IA=1.23∠195.16Ａ；IB =0.55∠309.70Ａ；IC =1.11∠41.37Ａ。Ａ相差动电流为0.20Ａ；制动电流为5.43Ａ。Ｂ相差动电流为5.03Ａ；制动电流为 9.75Ａ。Ｃ相差动电流为5.21Ａ；制动电流为4.70Ａ。

图3 差动动作值分析

（三）分析C相动作轨迹

C相差动动作轨迹图如图4所示，动作电流IB=1.38A，制动电流IB=2.76A，特性斜率为0.5，可以看到故障发生后，C相差动很快由制动区进入动作区，说明C相差动动作正确。(注:图中参数值和波形图中显示的电流值，均已经过软件角度转换和幅值补偿。)

图4   C相差动动作轨迹图

（四）差动动作原因

根据复合电压动作报告，复合电压启动时间为816 ms－100ms，根据差动动作报文分析，差动启动时间为750ms－33ms，如图5所示。在复合电压动作前2个周波前，中压侧C相电压只有3.62V，而中压侧A相和B相电压分别上升到90.03V和83.42V。据此可以推定，在差动保护动作前，中压侧C相已经发生了接地故障。由于35kV系统为不接地系统，当发生单相接地时，非故障相对地电压升高，但负荷电流仍然三相对称，因此并没有差流产生。唯一发生影响的只有非故障相电容电流的影响，而此电流很小，对差动保护的影响很小，所以差动保护不动作

[4]。

图5   复合电压动作波形

从图6可以看到，中压侧A相电流基本为负荷电流，而B相电流突然增大，因此可以断定，35kV线路发生雷击导致B相接地，形成了中压侧BC相间短路故障。高中压侧的B相电流相位相差180°，表现为穿越性，证明中压侧B相接地点确在线路[5]。而中压侧线路保护动作，也证实了这一点。

图6  差动动作波形图

当中压侧B相发生区外接地、C相发生区内接地时，中压侧B相电流互感器感应到故障电流，而中压侧C相电流互感器内流过的仍然是负荷电流，实际上C相存在很大的故障电流。根据对称分量法分析，反应到电源侧高压侧为B、C相电流增大，两相幅值相差不多（8.69－8.31=0.38A），两相电流相位相反(308.59°－139.32°＝169.27°)。由于B相是区外接地，各侧B相电流表现为穿越性，B相差动不动作；C相是区内接地，C相差动动作，与动作报告相吻合。

三、结论

此次故障是典型的区外一点故障，区内一点故障。在这种情况下，变压器差动保护应当可靠动作。所以，对于B相区外故障，差动B相可靠不动；对于C相区内故障，差动C相正确动作。

B相区外故障已经被证实，根据这一结论，还需要在主变35kV侧C相区内找到接地点。在现场对变压器、35kV侧避雷器、引出线等一次设备进行仔细的查找、试验，终于在C相电流互感器上发现了接地点。35kV侧该断路器属于一体化断路器，由于设计本身的缺陷，存在电流互感器绝缘不好，容易在高电压时发生绝缘被击穿现象。通过对该断路器进行绝缘测试，发现C相绝缘等级为百兆欧级明显比其余两相测试值千兆欧级少一个数量级。对C相电流互感器进行观察，发现C相电流互感器有发热变形的痕迹。这就证实了当天在35kV侧遭受雷击后，C相电流互感器由于遭受高电压，绝缘被击穿，导致区内C相接地。

参考文献：

[1]雷明,刘峰,康林贤，等.陕西电网“8.14”故障330kV主变压器差动保护动作分析[J].陕西电力,2008,36(7):30-33.

[2]王世阁,钟洪璧.电力变压器故障分析与技术改进[M].北京：中国电力出版社,2004.

[3]国电南京自动化股份有限公司.WBZ-500H 变压器保护装置说明书[Z].2006.

[4]朱声石.变压器轻微匝间故障的保护[J].电力自动化设备,1999,19(1):23-27.

[5]焦宇峰,万康鸿.空投变压器差动保护动作分析[J].电网与清洁能源,2010(2):5-7.