主变绕组匝间短路引起差动保护动作原因分析

张永龙 郝永清

摘 要：本文介绍了一起主变匝间短路导致主变差动保护动作事故，并且介绍了变压器差动保护原理，详细阐述对差动保护动作波形的分析以及现场故障检查过程，判断确定变压器故障范围及部位，分析故障发生原因，为类似的变压器匝间短路事故提供分析过程及依据。

关键词：差动保护；匝间短路；磁势；过电压

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.17.173

1 事故简要情况

某风电场某日21时02分，220kV升压站2号主变两套保护装置差动保护均动作，主变开关跳开，2号主变退出运行。

2 主变差动保护原理

变压器差动保护是变压器的主保护，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。在变压器绕组两侧装设电流互感器，将两侧电流互感器二次侧电流接入继电保护微机装置，继电保护微机装置进行故障判断，从而切除故障设备。变压器正常运行或外部故障时，差动电流理论上为零，但由于变压器两侧电流互感器特性不完全一致等原因，在正常运行和外部故障时，差动电流为不平衡电流，不平衡电流很小，能够确保差动继电器不会误动。当变压器内部发生故障时，在差动回路中由于电流方向或电流大小的改变，差动电流转变为变压器两侧电流之和，使差动电流继电器可靠动作。

3 主变差动保护动作分析

保护动作后，查看2号主变保护装置RCS-978E动作报告，保护动作时，主变A相差流为0.31Ie，主变B相差流为0.31Ie，主变C相差流为0.63Ie，已达到保护定值，保护装置正确动作，查看220kV故障录波器波形。

故障时，2号主变高压侧A相电流与B相电流同相位，且数值分别为96.7A、86.4A，2号主变高压侧C相电流与A、B两相电流相位相反，且数值位272.3A。当2号主变高压侧开关断开后，2号主变低压侧出现A相与B相电流同相位，C相电流A、B相电流相位相反现象。据图分析，2号主变高压侧C相可能出现匝间短路现象。

因为当高压C相部分匝数短路时，由于不平衡磁动势相形成一个反向的磁通，对于三相三柱铁芯，其磁通分布如下图1。其幅值关系为 ΦC=ΦA+ΦB，相位方向C相与A、B相相反。

由于2号变压器的高压、低压分别与相应电压等级的电网连接，其电压不会突变，为了保证变压器磁势平衡，维持该电压等级磁路中磁通平衡，变壓器三相绕组中需产生相应的励磁电流，三相励磁电流分别产生平衡于反向磁通的励磁磁势，其大小及方向与反向磁通相对应。又由于变压器高压侧的线路阻抗远小于低压侧，平衡于反向磁通的励磁磁势主要由变压器高压侧提供，因而出现了录波图所示的高压侧电流的相位A相与B相相同且与C相相反，幅值A相与B相之和与C相基本相等的电流波形。当高压线路断开之后，平衡于反向磁通的励磁磁势便由低压来提供，其电流波形形状与高压分析类似。

4 变压器现场试验及检查

现场为了进一步确定确认变压器故障部位问题，断开高压A、B、C相首、末端引线，使用500V摇表进行了绝缘测量，检查发现A、B相线圈绝缘正常，C相上半部分线圈正常，下半部分线圈存在短路点，使用直阻测量仪对变压器C相进行测量，测量示意图为下图2，直阻测量结果见表1。

依据测量结果分析，ac的电阻值接近于ab与ad电阻值之和，可以初步判断，短路点接近下半部线圈的末端。同时，对2号主变变压器油进行化验分析，其中乙炔含量约20PPm，已经大于220kV变压器乙炔含量不大于5PPm的标准，证实变压器内部存在放电现象。

经过对变压器返厂解体检查，发现变压器C相高压线圈下部第一、第二段有短路烧灼现象，A、B相绕组无异常。

5 原因分析

在对变压器解体过程中，引线及绕组没有发现明显的变形，2号主变高压C相末段是段间局部烧蚀，除烧蚀部分之外，绕组的匝绝缘及引线绝缘没有明显的过热现象。因此可以判定此故障为非电流（过电流，短路等）故障，而是由于过电压的原因造成段间电弧现象，并发生局部烧蚀，最终造成变压器匝间短路故障。具体过电压可能原因如下：

（1）工频过电压：由于系统空载电抗器补偿、不对称接地、负荷变化等引起的工频过电压，而工频过电压又直接影响操作过电压；

（2）谐振过电压：系统设备及线路的分布参数在运行中产生的线性谐振、铁磁谐振和参数谐振进而引起的过电压。

6 结束语

电力变压器作为电力系统中重要设备之一，它的安全稳定运行直接关系着电力企业的生产安全，而快速消除设备故障对企业的生产至关重要。本文通过结合保护装置动作报告及其故障录波器电流波形图，理论分析研究变压器故障范围，通过现场变压器相关试验、变压器分解，查找变压器故障部位，准确地判断变压器故障类型。可为类似事故的分析处理起到借鉴作用，为判断变压器差动保护动作为匝间故障提供分析过程及依据。

参考文献：

[1]贺家李.电力系统继电保护原理与使用技术[M].北京：中国电力出版社，2009.

[2]王维俭.发电机变压器继电保护应用[M].北京：中国电力出版社，1998.