利用TA差異性配置的主變故障點診斷分析

黃浩聲 ，陳久林 ，陸 楊，袁宇波，李 鵬

(1.江蘇省電力公司電力科學研究院，江蘇 南京 211103；2.鹽城供電公司，江蘇 鹽城 224001)

變壓器是電力系統最重要、最昂貴的變電設備，其運行狀態直接影響系統的安全，若發生故障，會對電力系統和用戶造成重大的危害和影響。如果在主變出現故障后，不能快速準確地判斷故障原因及故障點，并及時加以排除，將對系統的安全穩定運行造成相當大的影響。本文介紹了在變壓器發生故障時，通過對二次裝置錄波的分析，利用保護裝置自身錄波和相關故障錄波器錄波的差異性，分析故障類型，快速定位故障位置，極大地提高了變壓器故障排查速度，縮短了變壓器停電時間，從而提高了電網運行的穩定性和安全性。

1 主變故障及保護動作情況介紹

某變電站1號主變為三相一體、無載調壓的自耦變壓器，有500kV，230kV和36kV 3個電壓等級，容量為750/750/240 MV·A。2011年某月1號主變A相發生故障，主變差動保護動作，重瓦斯動作，壓力釋放動作，跳開兩側開關 （35kV側無獨立開關，且低抗、電容未投）。主變一次接線方式如圖1所示。51，52，53為主變500kV側開關；21為主變220kV側開關。主變差動保護二次電流取51，52及21開關的獨立電流互感器（TA），故障錄波器二次電流取主變500kV及220kV套管TA。

圖1 變電站一次接線示意圖

由于主變差動保護、重瓦斯、壓力釋放均動作，推測故障位置應處于差動保護范圍之內，主變縱差保護高壓側、中壓側電流取自獨立TA（變比4000/1和3200/1），如圖1所示。其保護范圍除主變本體之外還有一段套管至獨立TA的引線。因此，此時故障點的位置究竟處于主變本體內部還是引線，需做進一步的分析。而主變故障錄波器的高壓側、中壓側電流取自套管TA（變比都為3200/1），即故障錄波器錄波范圍為主變套管TA內部，故需將該故障錄波器錄波取出做進一步的分析。

2 故障錄波分析

2.1 電流特征分析

保護動作事件顯示，故障開始后16 ms，主變差速斷動作，此時最大差流值Idmax＝2.34 A，折算到220kV故障點的一次電流為：

n1為500kV側TA變比4000/1。

12 ms之后，主變大差動作，此時最大差流值Idmax＝2.39 A，折算到220kV故障點的一次電流為：

n1為500kV側TA變比4000/1。

654 ms之后，主變重瓦斯動作（因主變保護裝置型號較老，保護動作的故障錄波無法取出）。在現場調取1號主變故障錄波器的故障錄波文件，1號主變500kV，220kV側A相電流錄波，如圖2所示。

故障前50 ms（如圖2左邊第1根豎線所示），1號主變220kV側A相負荷電流與500kV側A相負荷電流相位相反，這是因為，當主變正常運行時，負荷電流從500kV側套管極性端流入，從220kV側套管極性端流出，如圖3所示。由于二次側電流都是由S1流出，所以高、中壓側二次電流相位相反[1]。在故障時刻（0 ms，圖中第2根豎線），1號主變220

圖2 錄波器故障錄波圖

kV側故障電流與500kV側故障電流相位仍舊相反。這就說明，故障電流基本是穿越性的，也即是說，從定性角度分析，故障電流從500kV側流入，從220kV側流出，主變內部沒有故障點。

圖3 主變正常運行潮流圖

定性分析之后，再進行定量分析。將0 ms時刻的500kV側故障電流（瞬時值）折算到220kV側，如圖2所示。I500kv＝1.191 A，折算到中壓側電流：

n1和n2分別為主變500kV側與220kV套管TA變比，均是3200/1。

由此可見，故障錄波器500kV側故障電流折算到220kV側后，與220kV側故障電流（2.625 A）幾乎相同。也就是說，流過1號主變500kV側套管TA與220kV側套管TA的電流相位相反，大小相等，為一穿越性電流[2]。將兩側電流以穿越電流方向繪制（即220kV電流取反，并進行變比折算），如圖4所示。從圖中可以看出，500kV電流與220kV電流故障前和故障后幾乎重疊。

2.2 故障點判斷

圖4 主變高中壓側電流疊加圖

如前分析，主變保護檢測到差流并動作，因此故障點在差動保護范圍內；分析故障錄波器錄波，得到的結論的卻是一穿越性電流。從圖1可知主變差動保護的保護范圍為主變本體及本體至獨立TA之間的一段引線，故障錄波器錄波范圍為主變套管TA內部，由此可以推斷，主變本體內部無故障，故障點應位于220kV套管TA與220kV獨立TA之間。故障電流分布做如下分布，如圖5所示。

圖5 故障電流分布圖

3 現場檢查

經現場檢查，故障部位位于220kV側A相套管下瓷套金屬延伸管內，故障原因為A相套管下瓷套部位電容屏絕緣擊穿。500kV系統故障電流經主變500kV側套管TA—變壓器繞組—220kV側套管TA至故障點入地，因此流過主變500kV側套管、220kV側套管的電流為一穿越性電流；220kV系統故障電流回路為套管導桿—故障點—金屬延伸管—變壓器法蘭—經變壓器油箱入地，套管TA并未感受到來自220kV系統的故障電流。綜上分析，經過主變高、中壓側套管TA電流為一穿越性電流；而由于故障點位于中壓側套管瓷套部位，屬于差動保護范圍，因而差動動作。與先前分析完全吻合。

4 結束語

主變故障錄波器的故障錄波不僅在常規分析變壓器故障類型中起著作用，通過對主變保護裝置本身錄波和故障錄波器錄波的綜合分析，進行慎密地計算判斷，亦可以準確地顯示變壓器故障點，給變壓器故障處理提供很好的參考，從而使得變壓器故障得以盡早處理，恢復運行。而且從設計的角度，故障錄波器采用套管TA，主變保護裝置采用獨立TA，這種交叉設計的思路對于綜合判斷故障位置具有較好的參考價值。

[1]國家電力通信調度中心.電力系統繼電保護實用技術問答[M].北京：中國電力出版社，2000.

[2]王維儉.電氣主設備繼電保護原理應用[M].北京：中國電力出版社，2001.