V/X接線主變差動(dòng)保護(hù)跳閘分析

石桂兵 中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司調(diào)度所

隨著我國(guó)高速鐵路建設(shè)的快速發(fā)展，V/X接線變壓器作為新型的變壓器已經(jīng)在京滬高鐵、滬杭高鐵、合福高鐵等牽引變電所大量投入使用，因V/X接線方式的特殊性，其差動(dòng)保護(hù)裝置的設(shè)置與常規(guī)接線變壓器設(shè)置不同，也出現(xiàn)了除常規(guī)的變壓器內(nèi)部故障、CT內(nèi)故障外，由外部原因引起的差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作情況的特殊問(wèn)題。

1 故障概況

XX年XX月XX日，合福線柴林橋牽引所1號(hào)、3號(hào)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，自動(dòng)投切至2#進(jìn)線帶2號(hào)、4號(hào)運(yùn)行。故障發(fā)生后，現(xiàn)場(chǎng)人員首先對(duì)1號(hào)、3號(hào)主變一次設(shè)備進(jìn)行了規(guī)定項(xiàng)目測(cè)試，對(duì)差動(dòng)保護(hù)整定值及保護(hù)裝置進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，未發(fā)現(xiàn)任何問(wèn)題，對(duì)跳閘數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，滿足差動(dòng)保護(hù)啟動(dòng)條件。經(jīng)對(duì)跳閘時(shí)故障錄波圖進(jìn)行分析，判斷此次跳閘的原因?yàn)檫M(jìn)線電源故障。

2 原因分析

2.1 V/X接線主變差動(dòng)保護(hù)原理

牽引變壓器差動(dòng)保護(hù)主要保護(hù)變壓器內(nèi)部、套管，以及引出線上多相短路、層間短路、接地短路故障，保護(hù)范圍是變壓器一次側(cè)、二次側(cè)電流互感器之間的設(shè)備。V/X接線主變差動(dòng)保護(hù)裝置接線如圖1所示，地方供電公司進(jìn)線電源A、B、C三相引入，1號(hào)主變引入AC相，3號(hào)主變引入CB相，其中C相為公共相，一次側(cè)電流分別用IA、IB、IC表示。二次側(cè)采用X形式，二次側(cè)電流Iα為IMT、IMF的合成電流，Iβ為ITF、ITT的合成電流。ICD為本變壓器負(fù)載相差動(dòng)電流，IZD為制動(dòng)電流；ICDG為本變壓器公共相差動(dòng)電流，IZDG為制動(dòng)電流。為實(shí)現(xiàn)高、低壓側(cè)之間的差動(dòng)電流平衡，電流由低壓側(cè)向高壓側(cè)平衡。平衡關(guān)系為：

其中1/KPH=nT2/KnT1，nT1為變壓器高壓側(cè)電流互感器變比；nT2為變壓器低壓側(cè)電流互感器變比；K為變壓器高低壓側(cè)繞組匝數(shù)比。以A相、公共相C計(jì)算為例：

A 相差動(dòng)電流 Icd為：ICD=|IA-Iα′|；

A 相制動(dòng)電流 Izd為：IZD=|IA+Iα′|/2；

公共相 C 相差動(dòng)電流 Icd為：ICD=|IB-Iβ′|；

公共相 C 相制動(dòng)電流 Icd為：IZD=|IB+Iβ′|/2。

差動(dòng)速斷保護(hù)動(dòng)作判據(jù)為某相大于本相差動(dòng)電流速斷定值，即ICD＞ISD，變壓器兩側(cè)斷路器動(dòng)作跳閘，無(wú)延時(shí)切斷故障設(shè)備。

圖1 V/X接線主變差動(dòng)保護(hù)裝置接線圖

2.2 主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作的主要原因

以柴林橋牽引所為例，2臺(tái)單相變壓器高壓側(cè)容量均為40 MVA，接成V/X接線，220 kv側(cè)電流互感器變比nT1為600，27.5 kv側(cè)電流互感器變比nT2為2 500。

變壓器差動(dòng)保護(hù)裝置整定值為：差動(dòng)速斷A、C相動(dòng)作整定值為1.82 A，公用相B相動(dòng)作整定值為2.82 A。比率差動(dòng)A、C相差動(dòng)動(dòng)作電流為0.15 A，公用相B相差動(dòng)動(dòng)作電流為0.24 A。平衡系數(shù)為1.92。故障報(bào)文如圖2所示。

圖2 柴林橋牽引所差動(dòng)保護(hù)故障報(bào)文

根據(jù)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作原理，結(jié)合故障報(bào)文數(shù)據(jù)，進(jìn)行測(cè)算如下：

1號(hào)主變A相差動(dòng)電流：

1號(hào)主變公共相C相差動(dòng)電流：

經(jīng)上述計(jì)算，證明1號(hào)主變差動(dòng)保護(hù)屬于正常動(dòng)作。用相同的方法對(duì)3號(hào)主變差動(dòng)保護(hù)報(bào)文也進(jìn)行計(jì)算，兩次結(jié)論完全一致。

通過(guò)對(duì)1號(hào)、3號(hào)主變的一、二次側(cè)設(shè)備進(jìn)行檢查試驗(yàn)，各項(xiàng)檢查和試驗(yàn)數(shù)據(jù)均正常。為進(jìn)一步查找差動(dòng)故障原因，對(duì)動(dòng)作時(shí)的故障錄波情況進(jìn)行調(diào)取分析，圖3為1號(hào)主變故障錄波、圖4為3號(hào)主變故障錄波。

圖3 1號(hào)主變故障錄波

圖4 3號(hào)主變故障錄波

經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)：UH一欄中，第一個(gè)0點(diǎn)與第三個(gè)0點(diǎn)時(shí)間相差20 ms，第三個(gè)0點(diǎn)與第五個(gè)0點(diǎn)相差20 ms，第五個(gè)0點(diǎn)與第七個(gè)0點(diǎn)相差28 ms。UT與UF前三波峰與第四、五、六波峰大于2倍的關(guān)系，同時(shí)公共相B相有電流存在，數(shù)值明顯大于一個(gè)邊相的電流，方向相反。由此可以判斷，此次故障有可能是變電所進(jìn)線電源B相發(fā)生接地故障，使進(jìn)線電壓產(chǎn)生波動(dòng)畸變，產(chǎn)生勵(lì)磁涌流，導(dǎo)致1號(hào)、3號(hào)主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。

2.3 常見(jiàn)的進(jìn)線電源故障對(duì)差動(dòng)保護(hù)影響分析

為了更好地分析問(wèn)題，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)快速查找故障，對(duì)進(jìn)線電源常見(jiàn)的故障是否會(huì)引起差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)進(jìn)行分析。

2.3.1 公共相C相高壓側(cè)缺相

AC線電壓變成AB線電壓，但原線圈數(shù)值上只有1/2，但C相無(wú)電流。由公共相差動(dòng)電流因此差動(dòng)保護(hù)也會(huì)動(dòng)作。本例中因?yàn)镃相有電流，變化后UT、UF電壓數(shù)值明顯小于1/2，所以不會(huì)是這種情況。

2.3.2 公共相C相高壓側(cè)接地

AC線電壓變成A相電經(jīng)過(guò)單相變壓器高壓線圈接地，C相有接地電流（110 kV以上高壓系統(tǒng)中性點(diǎn)接地系統(tǒng)）。UT、UF電壓數(shù)值應(yīng)等于原來(lái)的。由公共相差動(dòng)電流ICDG=|I˙c-（I˙α+I˙β)×0.52|，|I˙c|中有 A、B 相經(jīng)過(guò)線圈的接地電流，因此差動(dòng)保護(hù)也會(huì)動(dòng)作。這種情況與上述跳閘比較相似。

2.3.3 邊相A相高壓側(cè)接地

AC線電壓變成C相電經(jīng)過(guò)單相變壓器高壓線圈接地，A相有接地電流（110 kV以上高壓系統(tǒng)中性點(diǎn)接地系統(tǒng)）。UT、UF電壓數(shù)值應(yīng)等于原來(lái)的。由邊相A相差動(dòng)電流ICD=|中有 C 相經(jīng)過(guò)線圈的接地電流而低壓側(cè)無(wú)負(fù)荷電流I˙α=0，因此差動(dòng)保護(hù)會(huì)動(dòng)作。

3 應(yīng)對(duì)措施

通過(guò)對(duì)近幾年上海局集團(tuán)公司管內(nèi)變壓器差動(dòng)故障統(tǒng)計(jì)分析，非變壓器本體原因引起的差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作約占80%左右，其中因進(jìn)線電源電壓異常導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作的情況也多次發(fā)生。

為減少因進(jìn)線電源故障導(dǎo)致?tīng)恳髯儼l(fā)生差動(dòng)保護(hù)幾率，要密切和地方供電公司聯(lián)系，及時(shí)掌握上級(jí)變電所的運(yùn)行情況。加強(qiáng)對(duì)進(jìn)線電源線路的巡視管理，特別是大風(fēng)、雨雪等惡劣天氣時(shí)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理進(jìn)線電源存在的安全隱患。對(duì)于供電線路線夾、電纜等薄弱設(shè)備，要加強(qiáng)日常巡檢和周期試驗(yàn)，避免斷線和接地故障發(fā)生。

差動(dòng)保護(hù)發(fā)生后，在對(duì)變壓器一、二次設(shè)備進(jìn)行常規(guī)檢查、試驗(yàn)的同時(shí)，還要及時(shí)查閱故障報(bào)文，調(diào)取故障錄波，分析進(jìn)線電壓波動(dòng)情況，及時(shí)詢問(wèn)供電公司上級(jí)電源情況，若變壓器本體及一、二次設(shè)備檢查無(wú)異常，主變故障錄波有明顯變化時(shí)，則可以判定系進(jìn)線電壓波動(dòng)畸變，產(chǎn)生勵(lì)磁涌流引起的差動(dòng)保護(hù)。此時(shí)，可省去對(duì)變壓器油化驗(yàn)、檢查的程序，待進(jìn)線電壓恢復(fù)正常后，即可將變壓器投入運(yùn)行，可以大大縮短故障排查、處理時(shí)間，節(jié)省人力、物力投入，提高牽引供電系統(tǒng)的供電可靠性。