一起相间短路引起站用变跳闸的分析

邱星星, 王 玮, 许旵鹏, 廖叔洋, 张 浩, 王 浩, 奚霁仲

(国网安徽省电力有限公司超高压分公司, 安徽 合肥 230009)

0 引言

电力变压器是电力系统中十分重要的供电设备，因此针对变压器的各种故障类型及不正常的运行状态，需配置相应的保护，常见有差动速断和比率差动保护。变压器常见的故障分为绕组相间短路、绕组接地短路等，本文针对一起变电站内2号站用变保护跳闸，通过分析装置本身的动作报文，结合故障录波器的故障录波信息，明确故障类型，快速定位故障点，减小故障影响范围、缩短损失负荷时间。

1 事故经过

1.1 事件简述

2021年5月12日18时59分某变电站内2号站用变保护动作，与2号站用变相关的开关跳开。现场运维人员查看保护装置动作报文，发现故障发生27 ms后差动速断保护动作、34 ms后比率差动保护动作。

1.2 现场处置

运维人员在监控后台收到2号站用变保护动作的告警报文，确认开关已跳开，检查保护装置本身和2号站用变本体无明显异常，2号站用变油色谱试验结果无异常。为快速定位故障，迅速向调度申请2号站用变转检修，进行下一步检查。

2 故障类型确认及故障点定位分析

2.1 变电站2号站用变接线形式及保护配置

该变电站内2号站用变高压侧电压等级为110 kV，低压侧输出电压等级为380 V，由于电压变比过大，现场按110 kV/35 kV的112B变压器、35 kV/380 V变压器串接构成35 kV 2号站用变间隔，两侧均采用Y型接线。因高压侧发生故障时短路电流较大，在2号站用变高压110 kV采用大变比、小变比两组CT分别与低压380V侧CT构成差动保护，其中大变比CT为1 600/1、小变比CT为100/1，低压侧CT变比为4 000/1。现场一次接线图如图1所示。

图1 一次接线图

2.2 故障类型理论分析

现场2号站用变保护记录数据如表1所示，为方便计算，将保护动作时各相电流值整理如下：高压侧小变比CT三相电流值分别为

I

=2.56∠0° A、

I

=1.264∠180° A、

I

=1.289∠181° A；低压侧三相电流值分别为

I

=0.092∠10° A、

I

=0.134∠148° A、

I

=0.085∠288° A，比率差动动作三相差动电流值为

I

=2.225 A、

I

=0.018 A、

I

=2.228 A，三相制动电流为

I

=1.095 A、

I

=0.014 A、

I

=1.108 A。

表1 2号站用变保护动作报告

2号站用变保护测录故障时刻相关电流波形如图2所示，通道7、通道8和通道9分别为高压侧小变比CT的三相电流值波形图，从波形图上看，通道7为A相电流，峰值约占用三格，每小格1.389 A，通道8为B相电流，峰值约占用三格，每小格0.69 A，通道15为C相电流，峰值约占用三格，每小格0.698 A，可以看出故障发生时B、C相电流大小几乎相等、方向相同，A相电流值约为B相电流值的2倍，方向与B相相反。为简化分析过程，设

I

=2

I

、

I

=

I

=-

I

。

图2 故障录波器波形图

根据变压器高压侧星型-角型接线的电流关系，结合高压侧星型接线CT测量到的电流值，按公式(1)～(3)计算得到高压侧角型接线三相绕组电流分别为，公式中

I

、

I

、

I

表示高压侧角形接线绕组的各相电流，

I

、

I

、

I

表示高压侧星形接线绕组的各相电流。

(1)

(2)

(3)

根据计算发现，对应发生故障是星型接线的电流值，角型接线的电流呈现结果是A、C相电流大小相等、方向相反，B相无电流值，这种现象满足A、C相间短路的边界条件，即发生相间故障的两相故障电流大小相等，方向相反，非故障相故障电流为零。根据这个结果，推测可能是高压侧或者低压侧的角形接线的绕组出现了A、C相间短路，故障范围为图3中虚线框内。为了确认猜想，检修人员对数据进一步处理。

图3 推测2号站用变故障范围示意图

(4)

(5)

(6)

根据保护装置在故障发生时刻采样到的高、低压侧的三相电流，计算对应的差动电流与制动电流，与实际值对比。以A相计算为例，按公式(7)～(12):

低压侧折算到高压侧调整系数:

(7)

高压侧参与差动计算的电流值：

(8)

低压侧参与差动计算的电流值

(9)

低压侧电流折算到高压侧为

(10)

(11)

(12)

理论计算结果与实际测量值比对如表2所示，其中

I

为差动电流、

I

为制动电流：

表2 理论计算结果与实际测量值

将理论分析计算得到的差动电流、制动电流与保护装置测录的故障时刻电流值进行比对，三相差动电流理论值与实际测量值最大误差小于0.002 A，三相制动电流理论值与实际测量值最大误差小于0.001 A，这个误差由保护装置的测量误差引起的，属于正常现象。因此根据数据的分析计算，确认故障为现场变压器角形接线的绕组发生A、C相间短路，站内三角形绕组接线形式如图4所示。据此结论，检修人员迅速定位故障点为112B站用变或35 kV 2号干式站用变角形接线绕组处。对112B站用变及35 kV 2号干式站用变角形接线绕组进行检查，发现35 kV 2号干式站用变三角形绕组C-A首尾连接杆变形，与A-B首尾连接杆距离过近，持续放电造成空气绝缘被击穿，引发A、C相间故障导致2号站用变跳闸，故障位置如图5所示。

图4 三角形接线方式

图5 故障位置

3 故障处理

确认故障是由于35 kV 2号干式站用变角形接线C-A首尾连接杆变形，导致与A-B首尾连接杆距离过近引发的，检修人员通过专用绝缘工具修正C-A首尾连接杆位置，确保A-B首尾连接杆与C-A首尾连接杆之间安全距离达标。处理完毕后，对110 kV 112B站用变、35 kV 2号干式站用变及相关电缆进行绝缘检查、耐压试验等，结果均合格。

4 对二次设备检修、基建验收工作的经验

变压器作为变电站的主要电气设备之一，其是否正常运行影响整个变电站的电压状态、附属变电站的电压状态以及对负荷供电情况。重要变电站的变压器跳闸，会引起附属变电站失去交流电压，导致大面积停电事故，因此变压器投运前的验收及发生故障时的快速定位处理都是至关重要的。

该1 000 kV变电站内2号站用变跳闸事件的分析处理对同类型的事故处理有一定的参考意义，面对变电站内突发故障，可按照以下思路进行分析处理：

运维人员在监控后台关注现场设备及保护装置有无异常告警及事故跳闸的上送，发现告警信息第一时间检查现场一次设备状态及保护装置报文记录，确认现场一次设备状态与监控后台显示一致，保护装置动作正确，进行不停电相关检查，如需停电检查向调度申请一次设备转检修。

结合故障录波器的波形及数据、保护装置的动作事件记录，首先确认故障类型，包括相间故障、单相接地故障、绕组的断线故障等，利用不同故障类型边界条件进一步分析数据。通过对数据的计算分析，定位故障最大概率发生的位置。

定位故障大致范围后，在现场设备区对故障范围内的一次设备进行检查，通过专业人员巡视结合专用绝缘检查工具锁定故障点并进行处理。故障消除后，设备重新送电前需进行功能试验测试，确保设备的各项性能均合格。

5 结语

该1 000 kV变电站内的2号站用变跳闸是由其35 kV 2号干式站用变角形接线C-A首尾连接杆变形，导致与A-B首尾连接杆距离过近放电引起的。绕组首尾连接杆变形是2号站用变投运前因施工造成的缺陷，由于投运后2号站用变仍然正常运行，导致在常规的巡视中难以发现。因此从这次的故障中我们应该认识到在变电站内巡视设备时应该更全面，对于前期正常运行设备的巡视也不能忽视，突发故障时按照掌握后台监控系统的告警信息、检查保护设备的动作事件报告、分析已有数据、定位故障点、处理故障的流程进行，以专业的技术分析缩短故障处理时间，尽快恢复设备正常运行。