某110kV主變事故過(guò)程仿真分析

李 莉任幼逢徐金雄王 磊

（1. 三峽電力職業(yè)學(xué)院，湖北 宜昌 443000; 2. 河南省電力公司洛陽(yáng)供電公司，河南 洛陽(yáng) 471600）

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某110kV主變事故過(guò)程仿真分析

李 莉1任幼逢2徐金雄1王 磊2

（1. 三峽電力職業(yè)學(xué)院，湖北 宜昌 443000; 2. 河南省電力公司洛陽(yáng)供電公司，河南 洛陽(yáng) 471600）

文章針對(duì)某110kV變電站主變差動(dòng)保護(hù)跳閘事故，結(jié)合事故相關(guān)檢測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)Matlab中的Simulink模塊進(jìn)行仿真，模擬三相三繞組變壓器事故經(jīng)過(guò)，還原事故真相，并證明主變跳閘的合理性。

主變；差動(dòng)保護(hù)；仿真；還原；合理性

2013年10月15日，某地區(qū)供電局110kV變電站2#主變跳閘，經(jīng)分析事故經(jīng)過(guò)如下：

1）事故發(fā)生前，如圖1中k3所示位置，變壓器內(nèi)部B相繞組中低壓側(cè)之間絕緣已經(jīng)降低。

2）2013年 10月 15日 10∶10∶06該站一條35kV線路A相發(fā)生接地故障，如圖1中k1所示，由于 35kV中性點(diǎn)不接地，接地故障發(fā)生后發(fā)零序接地告警。該站2#主變中后備保護(hù)在事故前零壓接地告警啟動(dòng)也證實(shí)了這一點(diǎn)。

3）35kV側(cè)A相接地后，由于變壓器內(nèi)部B相繞組中低壓側(cè)之間絕緣約 1MΩ，10kV避雷器對(duì)地阻抗大于 25MΩ，避雷器承受大部分電壓，超過(guò)避雷器額定電壓17kV，導(dǎo)致C相避雷器擊穿接地，在圖1中k2所示位置發(fā)生接地。

4）C相避雷器接地后，B相繞組中低壓側(cè)之間承受全部電壓導(dǎo)致?lián)舸?，如圖1中k3所示，從而形成了如下回路：大地——中壓側(cè)A相——中壓側(cè)中性點(diǎn)——中壓側(cè)B相——低壓側(cè)B相——低壓側(cè)C相——大地。從而導(dǎo)致主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，同時(shí)上述35kV線路過(guò)流Ⅰ段動(dòng)作并重合成功。

圖1　中低壓側(cè)各故障點(diǎn)示意圖

1　事故經(jīng)過(guò)還原

1.1中壓側(cè)A相接地提升低壓側(cè)電壓

由于配置問(wèn)題，該事故沒(méi)有錄波，先針對(duì)上述的第3）點(diǎn)進(jìn)行仿真，分析在各種情況下，低壓側(cè)各相避雷器兩端電壓情況。

本文采用Matlab中的Simulink模塊進(jìn)行仿真，模擬三相三繞組變壓器。接線方式為 Yn/Y/△11，為了方便計(jì)算，各側(cè)電壓分別為 110kV、35kV、10kV，在中壓側(cè)A相接地，k1處接地電阻取1Ω。#2主變 10kV側(cè)避雷器型號(hào)：YH5WZ-17，額定電壓17kV，查閱國(guó)標(biāo)GB 11032—2000《交流無(wú)間隙金屬氧化物避雷器》，其直流1mA參考電壓不小于25.0kV，也就是擊穿前其對(duì)地阻抗不小于 25MΩ，所以取k2點(diǎn)對(duì)地電壓25MΩ。

1）k3處絕緣電阻對(duì)低壓側(cè)對(duì)地電壓的影響

在 k1處發(fā)生短路的前提下，將 B相變壓器繞組分成三等分，在圖1中k3所示位置短接B相繞組中低壓側(cè)，把中低壓側(cè)繞組分為三等份，以0表示圖1中B相下端，1表示圖1中B相上端，在（2/3、2/3）處短接中低壓繞組，分別仿真0.1～1000MΩ時(shí)，低壓側(cè)各出線對(duì)地電壓，結(jié)果見(jiàn)表 1，當(dāng)絕緣電阻在故障后實(shí)測(cè)值1MΩ左右時(shí)，C相的電壓迅速升高至30kV左右。

表1　k3處不同絕緣電阻時(shí)低壓側(cè)對(duì)地低壓仿真結(jié)果

2）k3處短路位置對(duì)低壓側(cè)對(duì)地電壓的影響

取約等于測(cè)量值的1MΩ電阻，仿真各種短路位置時(shí)低壓側(cè)對(duì)地電壓見(jiàn)表2。

1.2變壓器內(nèi)部擊穿后各側(cè)電流、電壓

低壓側(cè)C相避雷器擊穿后，k3處絕緣電阻兩端電壓如圖2、圖3所示，即從3.18kV上升到33.78kV，從而導(dǎo)致變壓器內(nèi)部擊穿，形成了短路回路。

計(jì)算變壓器內(nèi)部擊穿后的故障電流，取35kV側(cè)負(fù)荷等于損失負(fù)荷12MVA，功率因數(shù)取0.8，根據(jù)中壓側(cè)短路電流2000A估算短路回路阻抗17Ω，分別令各短路點(diǎn)短路阻抗，Rk1=Rk2=1Ω，Rk3=15Ω，對(duì)事故進(jìn)行仿真。

圖2　低壓側(cè)避雷器擊穿前k3處絕緣電阻兩端電壓

圖3　低壓側(cè)避雷器擊穿后k3處絕緣電阻兩端電壓

1）變壓器三側(cè)對(duì)地電壓如圖4所示，高壓側(cè)三相基本不變，中壓側(cè)A相和低壓側(cè)C相接地后對(duì)地電壓下降，中壓側(cè)B相部分繞組與低壓側(cè)B相發(fā)生了短路，因而中壓側(cè)B相電壓相位有變化。

2）變壓器三側(cè)電流如圖 5所示，高壓側(cè) A相電流最大，而變壓器處于不接地系統(tǒng)中無(wú)法流通零序，所以高壓側(cè)無(wú)零序電流，B、C兩相電流與 A相基本反相，符合110kV線路對(duì)側(cè)變電站錄波情況。中壓側(cè)A相發(fā)生接地短路，電流最大，B、C相為負(fù)荷電流。低壓側(cè)電流不是變壓器繞組電流，而是出線電流，所以其C相電流大小基本等于中壓側(cè)A相電流，且相位相反。

3）計(jì)算變壓器三側(cè)差動(dòng)電流，由于故障點(diǎn)發(fā)生在低壓側(cè)電流互感器內(nèi)側(cè)，圖5中所示低壓側(cè)C相電流不計(jì)入差流。折算到35kV側(cè)的差流如圖6中所示，由于變壓器內(nèi)部表現(xiàn)為B相故障，因而B(niǎo)相電流最大；但是變電站安裝的保護(hù)裝置采用折算到10kV側(cè)進(jìn)行計(jì)算，10kV側(cè)采用三角形接線，折算后的差流如圖 6所示，A相差動(dòng)電流最大，達(dá)到6000A，超過(guò)保護(hù)動(dòng)作定值。

圖4　故障后變壓器三側(cè)對(duì)地電壓

圖5　故障后變壓器三側(cè)電流

4）如果擊穿的避雷器位于電壓側(cè)電流互感器外側(cè)，則將低壓側(cè)C相短路電流計(jì)入差流后，由于變壓器內(nèi)部B相中低壓側(cè)擊穿，差流仍然存在，如圖7所示，A相差動(dòng)電流最大，接近 4200A，變壓器差動(dòng)保護(hù)同樣會(huì)動(dòng)作。因此，即使低壓側(cè)對(duì)地?fù)舸c(diǎn)在電流互感器外側(cè)，變壓器保護(hù)同樣可以正確動(dòng)作。

圖6　故障后的差動(dòng)電流

圖7　計(jì)入低壓側(cè)電流的差動(dòng)電流

2　結(jié)論

由于變壓器內(nèi)部 B相短路阻抗 1MΩ遠(yuǎn)小于避雷器電阻25MΩ，中壓側(cè)A相接地后35kV側(cè)A相電壓以及部分的B相電壓疊加低壓側(cè)，從而抬高了低壓側(cè)的對(duì)地電壓，由于涉及到的電壓向量比較復(fù)雜，文中采用仿真結(jié)果更直觀說(shuō)明事故情況。

仿真結(jié)果可知，由于變壓器內(nèi)部B相中低壓側(cè)繞組之間絕緣降低，在中壓側(cè)A相發(fā)生接地后，低壓側(cè)各相對(duì)地低壓升高，其中C相最為嚴(yán)重。當(dāng)中低壓側(cè)繞組之間絕緣電阻小于10MΩ時(shí)，低壓側(cè)C相電壓很可能超過(guò)避雷器額定電壓17kV；而當(dāng)絕緣電阻為1MΩ時(shí)，無(wú)論絕緣降低所在位置在繞組的哪一部分，都會(huì)導(dǎo)致C相避雷器兩端電壓抬升至額定值24kV以上。C相避雷器擊穿后，變壓器B相中低壓繞組之間電壓從3.18kV上升到33.78kV，從而擊穿絕緣，導(dǎo)致短路。仿真表明無(wú)論避雷器在低壓側(cè)電流互感器內(nèi)側(cè)還是外側(cè)，主變差動(dòng)保護(hù)都能正確動(dòng)作。

仿真結(jié)果跟事故中各保護(hù)裝置記錄及動(dòng)作情況基本能保持一致，表明仿真能切實(shí)還原事故經(jīng)過(guò)。

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Simulation Analysis for the Process of a 110kV Main Transformer Accident

Li Li1Ren Youfeng2Xu Jinxiong1Wang Lei2
(1. Three Gorges Vocational College of Electric Power, Yichang, Hubei 443000；2. Luoyang Power Supply Company of He’nan Electric Power Company, Luoyang, He’nan 471600)

This thesis was going to analysis the tripping accident of main transformer’s differential protection at 110kV transformer substation. The writer used the relevant monitoring data to simulate the process and details of the accident by Simulink module in Matlab software. Then to prove the rationality of main transformer’s differential protection.

main transformer; differential protection; simulation; reduction to; rationality

李 莉（1982-），女，湖北宜昌人，講師，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)運(yùn)行、檢修方面。