V/X 接線主變壓器差動保護裝置動作跳閘分析

朱志廳

0 引言

京滬高鐵、滬杭高鐵等高速鐵路接觸網均采用AT 供電方式，牽引變壓器采用V/X 接線，V/X 接線變壓器作為一種新型變壓器已在高速鐵路中廣泛運用。V/X 接線是V/v 接線的技術整合或改進，由2 臺用于AT 供電的單相三繞組變壓器組合而成，變電所內設置4 臺單相牽引變壓器，每2 臺單相牽引變壓器接成V/X 接線構成1 臺完整的牽引變壓器運行，另2 臺V/X 接線的變壓器作固定備用。因變壓器接線方式的特殊性，其差動保護裝置的設置與常規牽引變壓器（下文簡稱為牽引變）差動保護裝置有所不同，根據接線方式不同，V/X 接線變壓器，每臺單相變壓器可設1 套差動保護裝置，也可2 臺單相變壓器作為1 組共用1 套差動保護裝置，如滬杭高鐵牽引變就采用該方式，因而發生主變壓器（下文簡稱主變）差動動作跳閘時，要根據具體情況進行分析。

1 故障概況

2011 年10 月25 日17 時07 分，滬杭高鐵嘉興南牽引所1#、3#主變差動保護裝置動作跳閘，備自投成功。故障發生后，供電調度立即通知檢修人員搶修，檢修人員到達現場后，對主變及其一次側、二次側設備外觀檢查未發現異常，對主變絕緣、直流電阻、一次側、二次側電流互感器、綜自系統測試也正常，同時對1#、3#主變的變壓器油取樣油色譜分析，化驗分析均正常。10 月29 日，進行試送電不成功，差動故障報文與25 日類似，同時主變后備保護也啟動。再次對1 號系統的一次、二次設備進行檢查，發現3#主變二次側電纜在電纜溝轉彎處被擊穿，更換故障電纜后，恢復正常供電。

2 原因分析

2.1 V/X 接線變壓器差動保護原理分析

差動保護作為變壓器內部以及套管引出線相間短路的保護以及中性點直接接地系統側的單相接地短路保護，同時對變壓器內部繞組的匝間短路也能反應。其保護的范圍是構成變壓器差動保護的一次側、二次側電流互感器之間的電氣設備。V/X接線變壓器差動保護裝置接線如圖1 所示。220 kV電源引入，1#主變一次側引入A、C 相，3#主變引入B、C 相，C 相為公共相，二次側2 個繞組，分別供接觸網T 線和正饋線F 線，二次繞組引出中性點接地，二次側差動互感器Iα和Iβ分別為接觸線T1、正饋線F1及接觸線T2、正饋線F2的合成電流，2 臺單相變壓器共用1 套差動保護裝置。

B 相、C 相差動電流、制動電流計算方法類似。

圖1 V/X 接線主變壓器差動保護裝置接線圖

主要設差流速斷保護及2 次諧波閉鎖的比率差動保護裝置。

差動速斷保護裝置動作條件：某一相差動電流大于本相的差動電流速斷定值時，瞬時動作出口，動作判據為Icd≥Isd。

2 次諧波閉鎖的比率差動保護裝置動作條件：在三相差動電流任一相差動電流值大于該相的差動電流定值時啟動，任一相差動電流的2 次諧波和基波的比值大于2 次諧波制動系數KH2，則閉鎖比率差動保護。

動作判據為

Icd≥ICD，當Izd≤IGD1；Icd- K1(Izd- IGD1)≥ICD，當IGD1＜Izd≤IGD2；Icd- K2(Izd- IGD2) - K1(IGD2- IGD1)≥ICD，當Izd＞IGD2。

式中，Icd為差動電流；Izd為制動電流，IGD1為拐點1 電流整定值；IGD2為拐點2 電流整定值；K1、K2為拐點系數。

特性曲線如圖2 所示。

圖2 比率差動制動特性曲線圖

2.2 主變差動保護裝置動作的主要原因

以嘉興南牽引所為例，單相變壓器容量為40 MkV·A，2 臺單相變壓器接成V/X 接線，電流互感器接線系數Kjx= 1，220 kV 側電流互感器（下文簡稱流互）變比nT1為800，27.5 kV 側流互變比nT2為2 500。

此行，他的“搭檔”還有來自省林科院科研管理處的處長梁軍生、省茶葉研究所的劉姝娟博士。后兩位的服務領域分別是林下經濟蟲白蠟的養殖和茶葉種植、加工，剛剛結束在宜章縣城的一堂講座，又馬不停蹄地趕赴一百公里開外的湖南瑤益春茶業有限公司進行調研。

變壓器差動保護整定值如下：

差動速斷 A、B 相動作整定值為2.18 A、C 相整定值為3.78 A，A、B 相差動動作電流0.17 A、C相差動動作電流0.30 A，平衡系數為0.39，拐點1電流為0.23 A，拐點2 電流為0.68 A。

故障報文錄波分析如下：

1#與3#主變差動保護裝置，比率差動保護裝置動作，差流IA= 0.00 A，差流IB= 1.24 A，差流IC=1.25 A；制動IA=0.09 A，制動IB= 0.62 A，制動IC=0.71 A；高壓側IA= 0.09 A，高壓側IB= 1.24 A，高壓側IC= 1.33 A；低壓側IA= 0.23 A，低壓側IB=0.07 A；另外高、低壓側諧波基本為0。

從報文可以看出：高壓側B、C 相差流較大，達到比率差動保護裝置動作條件，且兩者差別不大。另外低壓側IA（α相）電流正常，IB（β相）電流變化較大，初步可以判斷：變壓器內部B、C相間短路或對應的低壓側內部短路。因1#主變接A、C 相，低壓側對應為α相，3#主變接B、C 相，低壓側對應為β相。綜合判斷：3#主變低壓側繞組或3#主變至電流互感器之間的連接電纜發生接地短路。

錄波情況分析：故障錄波如圖3、圖4 所示。

圖3 故障錄波電流幅值圖

圖4 故障錄波電流相位圖

從圖中波形可以讀取高壓側IA、IB、IC的幅值和相位，三相電流正常，滿足高壓側平衡，即1#主變和3#主變的高壓側繞組應該沒有異常。

從波形還可以看出，低壓側Iβ（3#主變低壓側的T、F 相合成電流）的波形開始一直比較平穩，而在高壓側電流IB和IC突增之后很快衰減為零，導致該電流發生變化的原因是3#主變低壓側突然出現了異常。

通過故障報文及錄波綜合分析，導致該次差動保護裝置動作的主要原因是3#主變低壓側有故障。最后經檢修人員對3#主變低壓側設備及連接電纜進行檢查測試，發現3#主變二次側電纜在電纜溝轉彎處被擊穿。

3 主變差動故障對策

根據變壓器差動保護原理，發生差動保護裝置動作的主要原因有變壓器內部故障、變壓器及其套管引出線發生短路故障、電流互感器短路或開路、保護二次回路發生故障及空載合閘時勵磁涌流引起的主變差動。

據統計，由非變壓器本體故障造成差動保護裝置動作占80%左右，主要因為勵磁涌流，電流互感器故障，一次側（二次側）電纜、直流回路等造成，差動保護裝置動作主要對策如下：

（1）差動保護裝置動作跳閘的同時，如果主變后備保護裝置也啟動，很可能是差動保護范圍內一次設備故障，如果同時有瓦斯保護裝置動作，即使只報輕瓦斯信號，基本確定為變壓器內部故障，針對變壓器本體內部故障，處理時就需要對主變進行絕緣電阻、直流電阻測試，必要時進行油色分析。

（2）根據報文及錄波，判斷一次側（二次側）電流是否符合差動出口條件，差動電流互感器本身有無異常，瓷質部分是否完整，有無閃絡放電痕跡，回路有無斷線接地，如差動保護裝置動作前日常巡視CT 時有異常聲響或差動二次回路上有打火現象，則說明差動CT 二次故障的可能性較大，檢查二次回路有無斷線或短路、接地等情況。

（3）變壓器套管有無損傷、有無閃絡放電痕跡，變壓器套管至CT 間引出線，避雷器引線、有無接地短路，有無異物落在設備上，差動保護裝置動作跳閘前如變壓器套管、引線、CT 有異常聲響現象，往往是因這些設備故障而引起差動保護裝置動作。

4 結語

綜上所述，主變壓器發生差動保護裝置動作時，首先應根據故障報文及錄波進行分析，判斷故障范圍，再通過外部檢查，內部測試，必要時再進行油色分析，盡快發現故障點，縮短故障時間。

[1] 譚秀炳.鐵路電力與牽引供電系統繼電保護[M].成都：西南交通大學出版社，2007.

[2] 牽引供電專業培訓教材[M].成都：西南交通大學出版社，2009.