升壓變壓器低壓側(cè)短路故障分析與處理

河南能源化工集團 任瑞勝

1 簡述

變壓器型號SF10-31500/110/6.3kV，聯(lián)結(jié)組YD11，生產(chǎn)日期2004年3月。 發(fā)變組保護裝置采用的是WFB-812。整定值：額定電流3.182A，最小動作電流1.114A，特性斜率0.389，差流速斷38.180A。05月15日10時08分機組并網(wǎng)運行，負荷是20MW。故障前監(jiān)視的各項參數(shù)均正常。

05月15日11時10分，電氣值班人員聽到一陣巨響并伴隨有強烈的弧光發(fā)生，繼電保護主變差流速斷B相和C相動作，緊接著主變比率差動A相、B相、C相動作。造成出口開關(guān)跳閘，6kVⅡ段、6kVⅢ段廠用母線失電，2號爐停爐。變壓器停電后值班人員到現(xiàn)場看到變壓器6kV側(cè)銅排三相有嚴重的弧光短路痕跡。

2 相位分析

差動保護采用的是發(fā)電機變壓器組縱差動保護（圖1），綜保采集的差動電流高壓側(cè)和低壓側(cè)相位為反相，即差動電流Iop=│I1A+lA+I2A│。

2.1 跳閘后打印出的故障報告

故障報告序號86，主變差流速斷B相保護動作；故障動作時刻為10時08分25秒568毫秒，保護動作時間15ms；01高壓側(cè)A相電流0.94∠301。A，02高壓側(cè)B相電流18.07∠038。A，03高壓側(cè)C相電流，17.98∠215。A，04低壓側(cè)1A相電流1.46∠129。A，05低 壓 側(cè)1B相 電 流21.65∠036。A，06低 壓側(cè)1C相電流21.99∠220。A，07低壓側(cè)2A相電流0.57∠311。A，08低 壓 側(cè)2B相 電 流1.42∠047。A，09低壓側(cè)2C相電流1.64∠213。A，10A相差動電流0.11A，11A相制動電流1.46A，12B相差動電流41.11A，13B相制動電流21.65A，14C相差動電流41.57A，15C相制動電流21.89A。

故障報告序號：87，主變差流速斷C相保護動作。故障動作時刻為：10時08分25秒568毫秒，保護動作時間15ms；01高壓側(cè)A相電流0.94∠301。A，02高 壓 側(cè)B相 電 流18.07∠038。A，03高 壓側(cè)C相電流17.98∠215。A，04低壓側(cè)1A相電流1.46∠129。A，05低壓側(cè)1B相電流21.65∠036。A，06低壓側(cè)1C相電流21.99∠220。A，07低壓側(cè)2A相電流0.57∠311。A，08低壓側(cè)2B相電流1.42∠047。A，09低壓側(cè)2C相電流1.64∠213。A，10A相差動電流0.11A，11A相制動電流1.46A，12B相差動電流41.11A，13B相制動電流21.65A，14C相差動電流41.57A，15C相制動電流21.89A

2.2 故障點向量圖及故障點短路電流

Ifc==21.99∠220。+17.98 ∠215。+1.64∠213。=-32.95-j25.34=41.57∠-142。

結(jié)果由正序和負序電流的疊加也是正確的，廠用分支和高壓側(cè)可以以此證明。

3 三相短路相位分析

在差流速斷B和C兩相保護動作590-568=22ms后比率差動A、B、C三相同時動作，動作報告如下。

故障報告序號88主變比率差動A相動作；故障動作時刻為10時08分25秒590毫秒，保護動作時間37ms；01高壓側(cè)A相電流15.58∠307。A，02高壓側(cè)B相電流19.05∠180。A，03高壓側(cè)C相電流15.74∠052。A，04低壓側(cè)1A相電流15.24∠318。A，05低壓側(cè)1B相電流18.24∠185。A，06低壓側(cè)1C相電流13.30∠062。A，07低壓側(cè)2A相電流0.61∠295。A，08低 壓 側(cè)2B相 電 流1.10∠172。A，09 低壓側(cè)2C相電流0.92∠025。A，11A相差動電流31.28A，12A相制動電流15.58A，13B相差動電流38.33A，14B相制動電流19.05A，15C相差動電流29.72A，16C相制動電流15.74A。

注意：由于B相C相比率差動動作報告和A相完全相同這里就不重寫了。

由向量圖可知三相短路各側(cè)的是對稱的相差120°，三側(cè)的電流同相的電流相同說明短路時發(fā)電機、線路、包括廠用分支都有電流流向故障點，廠用分支流向故障點電流是因為短路后廠用分支的電動機成了一個發(fā)電機向外輸送電流。

注意：變壓器所受電流按三相短路B相的19.05A 算，低壓側(cè)電流為：19.05×60×19.206=21952A，錄波 顯示實際最大電流在記載電流2倍左右，也就是21952 ×2=43904A，約為低壓側(cè)額定值2886.8A的15倍之多。

4 處理過程

停電電氣試驗：繞組直流電阻試驗。直流電阻相間不平衡系數(shù)均正常；絕緣電阻試驗。吸收比、試驗數(shù)據(jù)均屬正常；鐵芯絕緣電阻測試。解開鐵芯接地引線，用500V絕緣搖表測試鐵芯絕緣電阻，其電阻值為0，故判斷為鐵心接地。由于當時系統(tǒng)用電緊張，暫不具備停役吊罩處理的條件，采用了串接電阻的臨時措施。在串接電阻前，分別對鐵芯接地回路的環(huán)流和開路電壓進行了測量，為使環(huán)流限制在300mA以下，串接了500Ω的電阻（圖4）。

09月23日，計劃檢修3#主變壓器，吊罩檢修前試驗數(shù)據(jù)如下：

絕緣電阻測試。使用儀器KZC30數(shù)字式電搖表，一次對二次對大地5113MΩ，二次對一次對大地15380MΩ。

直流電阻測試。使用儀器ZRC-10直流電阻 快速測試儀，鐵芯對地13.5Ω，高壓側(cè)A-O0.672Ω，B -O0.670Ω，C-O0.671Ω；低壓側(cè)a-b3.44mΩ，b-c3.43mΩ，c-a3.46mΩ。

經(jīng)過幾個小時的拆卸，變壓器大蓋吊起，先用數(shù)字式兆歐表初試了鐵芯對地的絕緣電阻仍是初始值，隨后一名檢修人員用鐵錘在變壓器底部不停的敲擊，在敲到A相繞組與B相繞組之間鐵芯底部時兆歐表數(shù)值忽小忽大。由此判斷出鐵芯接地屬出廠遺留焊渣接地，為更好的處理鐵芯接地問題又找來了一臺電焊機，原理是用焊機的大電流沖擊遺留焊渣確保處理的徹底。

表1 串接電阻前后測試數(shù)據(jù)

大修后實驗數(shù)據(jù)如下：絕緣電阻測試。使用儀器KZC30數(shù)字式電搖表，一次對二次對大地5113MΩ，二次對一次對大地15380MΩ，鐵芯對地8785MΩ；直流電阻測試。使用儀器ZRC-10直流電阻快速測試儀，高壓側(cè)A-O0.687Ω，B-O0.683Ω，C-O0.684Ω。低壓側(cè)a-b3.44mΩ，b-c3.43mΩ，c-a3.46mΩ。

5 結(jié)語

當時天氣溫度在26度左右，風(fēng)向是西南風(fēng)，由于攝像頭沒有直拍變壓器，變壓器在裝有攝像頭位置的東北方向，調(diào)取故障前的錄像很清楚的有很多楊棉和零星的雜物飄向了變壓器所在的位置，加上變壓器低壓側(cè)母排相與相之間的距離較近，所以很大可能是有導(dǎo)電體拉近了BC兩相的距離，引起的短路，這次變壓器低壓側(cè)短路故障通過分析保護動作值在整定值差流速斷和差流之上，為什么差流速斷動作之后主變比率差動又動作，是因為兩相短路時，故障切除的總時間等于保護裝置和斷路器動作時間之和。一般快速保護的動作時間在0.01～0.04s，斷路器的動作時間在0.02～0.06s，而第二次保護的動作時間590ms與第一次保護動作568ms只有22ms的差距，斷路器還沒有跳開就發(fā)展為三相短路，主變比率差動保護動作是正確的。變壓器鐵芯接地是在變壓器出口三相短路后，受到強大短路電流產(chǎn)生的電動力和電磁力的作用，變壓器內(nèi)的焊渣脫落導(dǎo)致鐵芯一點接地。