淺談牽引變電所主變壓器低壓啟動過電流保護(hù)誤動分析

宇航

摘要：牽引變電所承擔(dān)著向電氣化鐵路電力機(jī)車或高速鐵路動車組提供能源的重要任務(wù)。主變壓器是牽引變電所的心臟，為確保主變壓器系統(tǒng)在故障和不正常運行狀態(tài)時及時切除故障并發(fā)出預(yù)警信號，設(shè)置了差動、電流和非電量各種保護(hù)，低電壓啟動過電流保護(hù)是牽引變壓器的一個重要保護(hù)。本文通過對 3 起主變壓器的低壓啟動過電流保護(hù)誤動情況進(jìn)行分析，找出保護(hù)誤動作的原因，并提出在今后設(shè)計、制造、運維中應(yīng)采取的措施，以保證牽引變電所主變壓器系統(tǒng)安全運行。

關(guān)鍵詞：牽引變電所主變壓器;低壓啟動過電流保護(hù);誤動

前言

低電壓啟動過電流保護(hù)是牽引變壓器的一個重要保護(hù)，本文通過對 3 起主變壓器低壓啟動過電流保護(hù)誤動情況進(jìn)行分析，找出了保護(hù)誤動作的原因，提出了在設(shè)計、制造、運維中應(yīng)采取的措施。

1、低壓啟動過電流保護(hù)簡介

牽引變壓器高低壓側(cè)均應(yīng)配置低壓啟動過電流保護(hù)。高壓側(cè)低壓啟動過電流保護(hù)作為差動保護(hù)的后備保護(hù)及變壓器內(nèi)部故障的后備保護(hù)，并兼作主變壓器低壓側(cè)母線的后備保護(hù)及饋線故障的遠(yuǎn)后備保護(hù)。低壓側(cè)低壓啟動過電流保護(hù)作為 27.5kV 母線故障的主保護(hù)及饋線故障的近后備保護(hù)。

2、跳閘原因分析

主變壓器高壓側(cè)過電流定值按 1.5 倍額定電流進(jìn)行整定，過電流定值 272 A（公共相 472 A），時限 1.3 s，低電壓定值 19 800 V。故障時 C 相電流 I c 為 320 A，超過了過電流定值 272 A，a 相電壓 U a 為 13.75 V，低于 19 800 V，滿足保護(hù)動作條件，故保護(hù)出口跳閘。發(fā)生跳閘故障時，3 # 主變壓器在運行狀態(tài)向原有高鐵供電，1 #主變壓器由于低壓側(cè)斷路器在分位，處于空載運行狀態(tài)。4 # 、2 # 主變壓器處于冷備用狀態(tài)。

變電所改造后變壓器高壓側(cè)為雙重保護(hù)設(shè)置。一套為 A 廠家保護(hù)裝置，高壓側(cè)低電壓啟動過電流判據(jù)：當(dāng)相應(yīng)的主變低壓側(cè)斷路器處于合位時，采集母線電壓，并作為低電壓啟動過電流判據(jù);如果斷路器處于分位，則不以其母線電壓作為判據(jù)。另一套為 B 廠家保護(hù)裝置，高壓側(cè)低電壓啟動過電流判據(jù)：當(dāng)主變低壓側(cè)兩個母線電壓 U α 、U β及 αβ 間電壓這 3 個電壓中任一值小于設(shè)定值時，滿足低電壓啟動過電流判據(jù)。

改造后 3 # 變壓器正常運行，低壓側(cè)母線電壓為正常運行電壓;1 # 主變壓器由于低壓側(cè)斷路器在分位，故低壓側(cè)母線電壓為零。A 廠家保護(hù)裝置判斷1 # 主變壓器低壓側(cè)斷路器處于分位，所以電壓判據(jù)自動取消。而 B 廠家保護(hù)裝置判斷 1 # 主變壓器低壓側(cè)母線電壓為零，故在電流超過過電流設(shè)定值并達(dá)到 1.3 s 的設(shè)置時限時，主變壓器高壓側(cè)低壓啟動過流保護(hù)動作，造成 1 # 、3 # 主變壓器跳閘停運。B 廠家主變壓器高壓側(cè)低壓啟動過電流保護(hù)邏輯。

3、存在的問題

3.1安全風(fēng)險意識低

因新增高鐵線路建成投運，需要利用變電所既有的設(shè)備進(jìn)行增容改造，改造后將由該所向既有高鐵和新增高鐵線路同時供電。2019 年 6 月 6 日凌晨改變運行方式后，1 # 主變壓器低壓側(cè)斷路器分位、變壓器空載運行，由 3 # 主變壓器單獨供電，技術(shù)人員未針對改造后單臺變壓器運行這一特殊運行方式對保護(hù)軟件邏輯的適用性進(jìn)行調(diào)查分析，未對與實際運行方式不匹配的問題進(jìn)行充分研判，從而造成在改造后單臺變壓器運行時 B 廠家的保護(hù)裝置誤動作。

3.2設(shè)計方案不仔細(xì)

施工單位編制的《既有某變電所改造工程施工方案》只提出“由于 1 # 、2 # 主變壓器更換涉及運行方式的改變，此時根據(jù)運行方式需要修改主變后備的低壓側(cè)保護(hù)的定值大小即可”，未提出低電壓閉鎖過電流保護(hù)邏輯調(diào)整措施，導(dǎo)致廠家設(shè)置的保護(hù)邏輯不適用改造后的運行方式，埋下故障隱患。

4、整改措施

設(shè)置單獨的 U αβ 低壓啟動定值。在變電所近端發(fā)生相間短路故障時，由于 U αβ 的值很小，在變電所出口處相間短路時，主變壓器低壓啟動過電流保護(hù)能可靠動作。因此，建議設(shè)置單獨的 U αβ 低壓啟動定值。當(dāng)三相 V/v 或V/x 聯(lián)接的變壓器過負(fù)荷運行時，即使在 α 相重負(fù)荷為3倍變壓器額定負(fù)荷且β相空載這種較極端情況下時，相間電壓 U αβ 最低可降至相電壓的 0.7 倍左右。只要設(shè)置的低壓啟動定值 U αβ 低于 0.7 倍相電壓，在單個供電臂重載情況下，也可以規(guī)避低壓啟動過流動作的風(fēng)險，并且在相間短路情況下也能可靠動作。對于平衡變壓器而言，低壓側(cè)相間夾角為 90°，U αβ 正常電壓為 1.414U α ，設(shè)置單獨的 U αβ低壓啟動定值低于 0.7 倍相電壓，同樣適用。

5、結(jié)語

對已投運的變壓器低壓啟動過電流保護(hù)應(yīng)研究保護(hù)異常預(yù)警、告警功能。對于將 U αβ 電壓作為低壓判據(jù)的裝置，對 U αβ 要單獨整定，可以取消的按照整定計算導(dǎo)則取消 U αβ 低壓啟動元件;對低壓判據(jù)進(jìn)行軟件升級，增加斷路器判合位功能，當(dāng)斷路器在分位時不再使用其電壓進(jìn)行判斷。設(shè)備廠家在進(jìn)行保護(hù)方案設(shè)計時，應(yīng)將斷路器判合位功能納入主變壓器低壓啟動過電流低電壓判據(jù)，從源頭上消除隱患;進(jìn)行施工改造前應(yīng)做好技術(shù)交底，尤其對于運行方式變化和保護(hù)配置變化，根據(jù)運行方式和保護(hù)配置變化出具具體的方案，確定改造的風(fēng)險點，將故障消滅在交底階段;電流增量保護(hù)可以作為饋線高阻故障的保護(hù)，同時也可作為相間短路故障保護(hù)。當(dāng)新的保護(hù)裝置滿足導(dǎo)則中電流增量整定要求時，按照新的導(dǎo)則可以將電流增量保護(hù)動作的時限縮短至 0.1 s。因此，不再需要主變壓器低壓啟動過電流保護(hù)作為相間短路的保護(hù)，可以取消 U αβ 低壓啟動判據(jù);根據(jù)變壓器的負(fù)荷能力及運行的經(jīng)驗積累，主變壓器高壓側(cè)低壓啟動過電流保護(hù)的電流定值宜按 2.0 倍額定電流選取，主變壓器低壓側(cè)低壓啟動過電流保護(hù)的電流定值宜按1.5倍額定電流選取。重點需根據(jù)現(xiàn)場實際選擇低電壓定值的整定，保證低壓啟動過流保護(hù)正常動作，既不能誤動，也不能拒動。

參考文獻(xiàn)

[1] 李智. 牽引變電所低壓啟動過電流保護(hù)動作的處置[J]. 上海鐵道科技，2017（1）：160-162.

[2] 于桂華，伍俊霖，葛海波. 一起牽引變電所過電流保護(hù)動作分析[J]. 電氣化鐵道，2018，29（4）：84-87.