主變繞組匝間短路引起差動保護(hù)動作原因分析

張永龍 郝永清

摘 要：本文介紹了一起主變匝間短路導(dǎo)致主變差動保護(hù)動作事故，并且介紹了變壓器差動保護(hù)原理，詳細(xì)闡述對差動保護(hù)動作波形的分析以及現(xiàn)場故障檢查過程，判斷確定變壓器故障范圍及部位，分析故障發(fā)生原因，為類似的變壓器匝間短路事故提供分析過程及依據(jù)。

關(guān)鍵詞：差動保護(hù)；匝間短路；磁勢；過電壓

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

1 事故簡要情況

某風(fēng)電場某日21時02分，220kV升壓站2號主變兩套保護(hù)裝置差動保護(hù)均動作，主變開關(guān)跳開，2號主變退出運(yùn)行。

2 主變差動保護(hù)原理

變壓器差動保護(hù)是變壓器的主保護(hù)，用來保護(hù)雙繞組或三繞組變壓器繞組內(nèi)部及其引出線上發(fā)生的各種相間短路故障，同時也可以用來保護(hù)變壓器單相匝間短路故障。在變壓器繞組兩側(cè)裝設(shè)電流互感器，將兩側(cè)電流互感器二次側(cè)電流接入繼電保護(hù)微機(jī)裝置，繼電保護(hù)微機(jī)裝置進(jìn)行故障判斷，從而切除故障設(shè)備。變壓器正常運(yùn)行或外部故障時，差動電流理論上為零，但由于變壓器兩側(cè)電流互感器特性不完全一致等原因，在正常運(yùn)行和外部故障時，差動電流為不平衡電流，不平衡電流很小，能夠確保差動繼電器不會誤動。當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生故障時，在差動回路中由于電流方向或電流大小的改變，差動電流轉(zhuǎn)變?yōu)樽儔浩鲀蓚?cè)電流之和，使差動電流繼電器可靠動作。

3 主變差動保護(hù)動作分析

保護(hù)動作后，查看2號主變保護(hù)裝置RCS-978E動作報(bào)告，保護(hù)動作時，主變A相差流為0.31Ie，主變B相差流為0.31Ie，主變C相差流為0.63Ie，已達(dá)到保護(hù)定值，保護(hù)裝置正確動作，查看220kV故障錄波器波形。

故障時，2號主變高壓側(cè)A相電流與B相電流同相位，且數(shù)值分別為96.7A、86.4A，2號主變高壓側(cè)C相電流與A、B兩相電流相位相反，且數(shù)值位272.3A。當(dāng)2號主變高壓側(cè)開關(guān)斷開后，2號主變低壓側(cè)出現(xiàn)A相與B相電流同相位，C相電流A、B相電流相位相反現(xiàn)象。據(jù)圖分析，2號主變高壓側(cè)C相可能出現(xiàn)匝間短路現(xiàn)象。

因?yàn)楫?dāng)高壓C相部分匝數(shù)短路時，由于不平衡磁動勢相形成一個反向的磁通，對于三相三柱鐵芯，其磁通分布如下圖1。其幅值關(guān)系為 ΦC=ΦA(chǔ)+ΦB，相位方向C相與A、B相相反。

由于2號變壓器的高壓、低壓分別與相應(yīng)電壓等級的電網(wǎng)連接，其電壓不會突變，為了保證變壓器磁勢平衡，維持該電壓等級磁路中磁通平衡，變壓器三相繞組中需產(chǎn)生相應(yīng)的勵磁電流，三相勵磁電流分別產(chǎn)生平衡于反向磁通的勵磁磁勢，其大小及方向與反向磁通相對應(yīng)。又由于變壓器高壓側(cè)的線路阻抗遠(yuǎn)小于低壓側(cè)，平衡于反向磁通的勵磁磁勢主要由變壓器高壓側(cè)提供，因而出現(xiàn)了錄波圖所示的高壓側(cè)電流的相位A相與B相相同且與C相相反，幅值A(chǔ)相與B相之和與C相基本相等的電流波形。當(dāng)高壓線路斷開之后，平衡于反向磁通的勵磁磁勢便由低壓來提供，其電流波形形狀與高壓分析類似。

4 變壓器現(xiàn)場試驗(yàn)及檢查

現(xiàn)場為了進(jìn)一步確定確認(rèn)變壓器故障部位問題，斷開高壓A、B、C相首、末端引線，使用500V搖表進(jìn)行了絕緣測量，檢查發(fā)現(xiàn)A、B相線圈絕緣正常，C相上半部分線圈正常，下半部分線圈存在短路點(diǎn)，使用直阻測量儀對變壓器C相進(jìn)行測量，測量示意圖為下圖2，直阻測量結(jié)果見表1。

依據(jù)測量結(jié)果分析，ac的電阻值接近于ab與ad電阻值之和，可以初步判斷，短路點(diǎn)接近下半部線圈的末端。同時，對2號主變變壓器油進(jìn)行化驗(yàn)分析，其中乙炔含量約20PPm，已經(jīng)大于220kV變壓器乙炔含量不大于5PPm的標(biāo)準(zhǔn)，證實(shí)變壓器內(nèi)部存在放電現(xiàn)象。

經(jīng)過對變壓器返廠解體檢查，發(fā)現(xiàn)變壓器C相高壓線圈下部第一、第二段有短路燒灼現(xiàn)象，A、B相繞組無異常。

5 原因分析

在對變壓器解體過程中，引線及繞組沒有發(fā)現(xiàn)明顯的變形，2號主變高壓C相末段是段間局部燒蝕，除燒蝕部分之外，繞組的匝絕緣及引線絕緣沒有明顯的過熱現(xiàn)象。因此可以判定此故障為非電流（過電流，短路等）故障，而是由于過電壓的原因造成段間電弧現(xiàn)象，并發(fā)生局部燒蝕，最終造成變壓器匝間短路故障。具體過電壓可能原因如下：

（1）工頻過電壓：由于系統(tǒng)空載電抗器補(bǔ)償、不對稱接地、負(fù)荷變化等引起的工頻過電壓，而工頻過電壓又直接影響操作過電壓；

（2）諧振過電壓：系統(tǒng)設(shè)備及線路的分布參數(shù)在運(yùn)行中產(chǎn)生的線性諧振、鐵磁諧振和參數(shù)諧振進(jìn)而引起的過電壓。

6 結(jié)束語

電力變壓器作為電力系統(tǒng)中重要設(shè)備之一，它的安全穩(wěn)定運(yùn)行直接關(guān)系著電力企業(yè)的生產(chǎn)安全，而快速消除設(shè)備故障對企業(yè)的生產(chǎn)至關(guān)重要。本文通過結(jié)合保護(hù)裝置動作報(bào)告及其故障錄波器電流波形圖，理論分析研究變壓器故障范圍，通過現(xiàn)場變壓器相關(guān)試驗(yàn)、變壓器分解，查找變壓器故障部位，準(zhǔn)確地判斷變壓器故障類型?？蔀轭愃剖鹿实姆治鎏幚砥鸬浇梃b作用，為判斷變壓器差動保護(hù)動作為匝間故障提供分析過程及依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

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