一次變壓器故障分析

古領(lǐng)先　冀娟　龐建偉　洪瑜

（許繼電氣股份有限公司，河南許昌　461000）

一次變壓器故障分析

古領(lǐng)先冀娟龐建偉洪瑜

（許繼電氣股份有限公司，河南許昌461000）

就一起變壓器故障的事例，分析變壓器故障時(shí)變壓器高、低壓側(cè)電流的特性，并指明故障分析中當(dāng)被分析對(duì)象在負(fù)荷側(cè)，其特征不同于電力系統(tǒng)暫態(tài)分析課本上所示例的電源側(cè)的特征。希望引起繼電保護(hù)方面專家、學(xué)者的共同關(guān)注，以期作為對(duì)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行資料和繼電保護(hù)專業(yè)理論書籍相關(guān)內(nèi)容的補(bǔ)充。

變壓器；故障特征；暫態(tài)分析

1　某變電站變壓器故障概述

某變電站6.3MVA變壓器，Y/D-11接線的，高壓側(cè)中性點(diǎn)未接地。該站僅一臺(tái)變壓器，高壓側(cè)一條進(jìn)線，低壓側(cè)帶3條出線?，F(xiàn)場(chǎng)主接線如圖1所示。

圖1　變電站主接線圖

運(yùn)行過程中，差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，錄波如圖2所示。未能找到故障點(diǎn)，檢查變壓器后又重新投入變壓器運(yùn)行，運(yùn)行正常。

現(xiàn)場(chǎng)變壓器高壓側(cè)CT變比為200/5，變壓器低壓側(cè)CT變比為400/5，變壓器差動(dòng)保護(hù)裝置定值如下：高壓側(cè)額定電流，Ihe=6.3×1 000/（1.732×35×40）=2.6A；低壓側(cè)平衡系數(shù)，Kb=0.571；最小動(dòng)作電流，Iop=1.0A；最小制動(dòng)電流，Izd=2.6A。差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作報(bào)告顯示各相差動(dòng)電流和制動(dòng)電流分別如表1所示。

表1　動(dòng)作報(bào)告

圖2為故障時(shí)刻差動(dòng)保護(hù)錄波，主變高壓側(cè)三相電流大小相近、相位也相近（稍有差別的，可見零序電流是主要成分），而低壓側(cè)A相電流與高壓側(cè)A相電流相位幾乎相反，且低壓側(cè)A相電流量值遠(yuǎn)大于低壓側(cè)另兩相電流，有效值達(dá)到了12A左右。而且在異常電流出現(xiàn)40ms后，低壓側(cè)A相電流和高壓側(cè)A相電流出現(xiàn)了半周波左右的小量（其中電壓量未錄波。）

因高壓側(cè)是Y接線，電流要進(jìn)行轉(zhuǎn)角：

差流及制動(dòng)電流計(jì)算公式：

將錄波中的各側(cè)電流數(shù)據(jù)按上述計(jì)算公式計(jì)算出各相差流和制動(dòng)電流（在圖2中示出），可見動(dòng)作量值與動(dòng)作報(bào)告中的差動(dòng)動(dòng)作量值是相符合的。A相差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作條件滿足，保護(hù)動(dòng)作是符合動(dòng)作邏輯的。

圖2　差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作錄波圖

在隨后的正常運(yùn)行狀態(tài)下手動(dòng)錄波，由手動(dòng)錄波圖可見，低壓側(cè)電流與高壓側(cè)電流相位差約為150°，與變壓器鐘點(diǎn)數(shù)一致?？梢妰蓚?cè)CT極性接線，是正確的。

據(jù)了解，變壓器后備保護(hù)在跳閘時(shí)段沒有復(fù)合電壓報(bào)警。從故障錄波看，如存在故障，因復(fù)合電壓報(bào)警有40ms延時(shí)，而故障40ms左右出現(xiàn)了恢復(fù)的現(xiàn)象，故復(fù)合電壓是報(bào)不出來。

上述波形特征不同于教課書［1，2］上所述理想的故障后電源側(cè)故障特征。同類事例在文獻(xiàn)［3］中也有體現(xiàn)。為何出現(xiàn)這種特征的電流，沒有進(jìn)一步的數(shù)據(jù)，只能依據(jù)保護(hù)裝置錄波數(shù)據(jù)來推理。

2　一次系統(tǒng)存在故障的可能性

現(xiàn)場(chǎng)反映變壓器是Y/D-11的，且高壓側(cè)整系統(tǒng)中性點(diǎn)不接地。因此，僅對(duì)此種情況進(jìn)行分析。如果是一次系統(tǒng)的故障，則從低壓側(cè)A相電流大來看，應(yīng)有低壓側(cè)A相故障點(diǎn)，且在區(qū)外；但如果是單相接地故障，對(duì)于D側(cè)小電流接地系統(tǒng)來說，故障電流不應(yīng)這么大。另外，保護(hù)跳閘后變壓器重新投入后運(yùn)行顯示正常，故可假設(shè)無變壓器本體內(nèi)部故障。

先假定各相都有接地阻抗，只是不接地的相接地阻抗無限大，電路示例如圖3所示。

可見，

圖3　電路示例簡化

如果高、低壓側(cè)接地點(diǎn)均在區(qū)外或均在區(qū)內(nèi)，高、低壓側(cè)CT感受的電流零序應(yīng)為0，與現(xiàn)場(chǎng)錄波不相符。

因兩側(cè)系統(tǒng)電壓等級(jí)不一樣，需以接地點(diǎn)為參考，各量為實(shí)名值。高壓側(cè)線電壓為35kV，低壓側(cè)線電壓為10kV，及兩側(cè)CT變比，忽略變壓器損耗，可近似認(rèn)為：

又考慮低壓側(cè)CT極性與分析圖中所示相反，則有：

2.1若I˙TA為高壓側(cè)CT感應(yīng)的電流

如圖4所示，已知低壓側(cè)A相為區(qū)外，則I˙DA為低壓側(cè)CT感應(yīng)的電流，若I˙TA為高壓側(cè)CT感應(yīng)的電流，則I˙TB=KI˙DA+I˙TA，可見I˙TB不為高壓側(cè)CT感應(yīng)的電流，即高壓側(cè)B相有區(qū)內(nèi)故障點(diǎn)。則I˙TC=-（I˙TA+I˙TB），可見I˙TC不為高壓側(cè)CT感應(yīng)的電流，即高壓側(cè)C相也有區(qū)內(nèi)故障點(diǎn)。則I˙YgC=I˙YC-I˙TC，I˙YgB=I˙YB-I˙TB，可見I˙YgC+I˙YgC=-I˙YgA≠O，則高壓側(cè)A相有區(qū)外故障，算出高壓側(cè)A相線路側(cè)故障電流達(dá)14.9A（一次值達(dá)40×14.9=596A）。接著按式（5）計(jì)算I˙DB、I˙DC，可見I˙DC不為低壓側(cè)CT感應(yīng)的電流，即低壓側(cè)C相也有區(qū)內(nèi)故障點(diǎn)，I˙gC=I˙DC-I˙fC，可見I˙DB為低壓側(cè)CT感應(yīng)的電流；如果低壓側(cè)B相無故障點(diǎn)，則I˙gB=I˙DB-I˙fB≈O，I˙fB=I˙DA-I˙gA=I˙DA+I˙gC，發(fā)現(xiàn)完全符合I˙fA+I˙fB+I˙fC=3I˙fO≈0。

圖4　第一種假設(shè)波形圖

綜合上述分析可知：高壓側(cè)為A相區(qū)外接地，B、C相區(qū)內(nèi)接地，低壓側(cè)A相區(qū)外接地，C相區(qū)內(nèi)接地，B相無故障，電流特征完全可以符合現(xiàn)場(chǎng)錄波。

2.2若I˙TB為高壓側(cè)CT感應(yīng)的電流

如圖5所示，已知低壓側(cè)A相為區(qū)外，則I˙DA為低壓側(cè)CT感應(yīng)的電流，若I˙TB為高壓側(cè)CT感應(yīng)的電流。則I˙TA=I˙TB-KI˙DA，可見I˙TB不為高壓側(cè)CT感應(yīng)的電流，即高壓側(cè)A相有區(qū)內(nèi)故障點(diǎn)，則I˙TC=-（I˙TA+I˙TB），可見I˙TC不為高壓側(cè)CT感應(yīng)的電流，即高壓側(cè)C相也有區(qū)內(nèi)故障點(diǎn)，則I˙YgC=I˙YC-I˙TC，I˙YgA=I˙YA-I˙TA，可見I˙YgA+I˙YgC=-I˙YgB≠O，則高壓側(cè)B相有區(qū)外故障，算出高壓側(cè)B相線路側(cè)故障電流達(dá)15.5A（一次值達(dá)40×15.5=620A）。接著按式（5）計(jì)算I˙DB、I˙DC，可見I˙DB、I˙DC均不為低壓側(cè)CT感應(yīng)的電流，即低壓側(cè)B、C相都有區(qū)內(nèi)故障點(diǎn)，I˙gC=I˙DC-I˙fC，I˙gB=I˙DB-I˙fB≈0，則I˙fA=I˙DA-I˙gA=I˙DA+I˙gC，發(fā)現(xiàn)不符合I˙fA+I˙fB+I˙fC=3I˙fO≈0。數(shù)據(jù)在錄波中進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如圖5所示。

綜合上述分析可知：如果出現(xiàn)高壓側(cè)為B相區(qū)外接地，A、C相區(qū)內(nèi)接地，低壓側(cè)A相區(qū)外接地，B、C相均區(qū)內(nèi)接地，電流特征不符合現(xiàn)場(chǎng)錄波。

圖5　第二種假設(shè)波形圖

2.3若I˙TC為高壓側(cè)CT感應(yīng)的電流

如圖6所示，已知低壓側(cè)A相為區(qū)外，則I˙DA為低壓側(cè)CT感應(yīng)的電流，若I˙TC為高壓側(cè)CT感應(yīng)的電流。則I˙TA=I˙TB+KI˙DA=-（I˙TA+I˙TC）-KI˙DA，即：I˙TA=-（I˙TC+KI˙DA）/2，可見I˙TA不為高壓側(cè)CT感應(yīng)的電流，即高壓側(cè)A相有區(qū)內(nèi)故障點(diǎn)。則I˙TB=-（I˙TA+I˙TC），可見I˙TB不為高壓側(cè)CT感應(yīng)的電流，即高壓側(cè)B相也有區(qū)內(nèi)故障點(diǎn)，則I˙YgB=I˙YB-I˙TB，I˙YgA=I˙YA-I˙TA，可見I˙YgA+I˙YgB=-I˙YgC≠O，則高壓側(cè)C相有區(qū)外故障，算出高壓側(cè)C相線路側(cè)故障電流達(dá)15.5A（一次值達(dá)40×15.5=620A）。接著按式（5）計(jì)算I˙DB、I˙DC，可見I˙DB、I˙DC均不為低壓側(cè)CT感應(yīng)的電流，即低壓側(cè)B、C相都有區(qū)內(nèi)故障點(diǎn)，I˙gC=I˙DC-I˙fC，I˙gB=I˙DB-I˙fB，則I˙fA=I˙DA-I˙gA=I˙DA+I˙gC+I˙gB，發(fā)現(xiàn)不符合I˙fA+I˙fB+I˙fC=3I˙fO≈0。數(shù)據(jù)在錄波中進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如圖6所示。

圖6　第三種假設(shè)波形圖

綜合上述分析可知：如果出現(xiàn)高壓側(cè)為C相區(qū)外接地，A、B相區(qū)內(nèi)接地，低壓側(cè)A相區(qū)外接地，B、C相均區(qū)內(nèi)接地，電流特征不符合現(xiàn)場(chǎng)錄波。

2.4可能性分析

綜合上述分析可知：唯一可能的故障為高壓側(cè)為A相區(qū)外接地，B、C相區(qū)內(nèi)接地，低壓側(cè)A相區(qū)外接地，C相區(qū)內(nèi)接地，B相無故障。而如此復(fù)雜的故障，理應(yīng)是連鎖故障［4］，同時(shí)發(fā)生又似乎不可能。

3　回路異常的可能性

從現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)裝置的反應(yīng)來看，未發(fā)現(xiàn)保護(hù)裝置異?！，F(xiàn)場(chǎng)對(duì)二次回路的檢查也未發(fā)現(xiàn)異常。從波形來看，也未見CT飽和之類的特征。因此，不能得出二次回路異常的規(guī)律性［5］。

4　結(jié)論

電力系統(tǒng)故障時(shí)位于負(fù)荷側(cè)的電流電壓特征，往往不同于教課書上對(duì)電源側(cè)故障特征的分析［6］。針對(duì)負(fù)荷側(cè)的特征分析較少見到。本事例現(xiàn)場(chǎng)錄波中的故障特征極為奇怪，本文只是進(jìn)行了可能性分析，拋磚引玉，以期有人能進(jìn)行準(zhǔn)確的理論分析或仿真分析。

［1］韓禎祥，吳國炎.電力系統(tǒng)分析［M］.杭州：浙江大學(xué)出版社，1997：406-416.

［2］李光琦.電力系統(tǒng)暫態(tài)分析.第二版［M］.西安：水利電力出版社，1991：194，207.

［3］魏莉，鄧濤，彭建寧.單相接地引起中性點(diǎn)間隙擊穿后主變高壓側(cè)三相電流特點(diǎn)初步研究［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010（8）：140-143.

［4］Wei Li，Deng Tao，Peng Jiannin.Pilot study of threephase current characteristic on transformer high-voltage side when the clearance is breakdown caused by single-phase grounding fault［J］.Power system protection and control，2010（8）：140-143.

［5］陳亦平，趙曼勇，劉文濤.南方電網(wǎng)連鎖故障風(fēng)險(xiǎn)分析及防御措施研究［J］.南方電網(wǎng)技術(shù)，2010（3）：8-11.

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One Transfomer's Fault Analysis

Gu LingxianJi JuanPang JianweiHong Yu
（Xuji Electric Corporation，Xuchang Henan 461000）

Taking a transformer fault as an example，the characteristics of high and low voltage side current in trans?former fault were analyzed，and pointed out the characteristics of the power supply side in the fault analysis when the object is analyzed in the load side，which is different from the power system transient analysis，hoping to attract the at?tention of experts and scholars in the field of relay protection，in order to supplement to the actual operation data of the system and the related content of the theory of relay protection.

transformer；fault characteristic；transient analysis

TM407

A

1003-5168（2016）08-0137-04

2016-07-16

古領(lǐng)先（1978-），男，本科，工程師，研究方向：電力系統(tǒng)自動(dòng)化研發(fā)；冀娟（1980-），女，本科，工程師，研究方向：繼電保護(hù)研發(fā)；龐建偉（1973-），男，大專，助理工程師，研究方向：電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的調(diào)試；洪瑜（1982-），男，本科，助理工程師，研究方向：繼電保護(hù)調(diào)試。