高壓廠用變壓器低壓側(cè)短路故障過(guò)程分析

雅礱江流域水電開發(fā)有限公司 薛麗麗 四川管理職業(yè)學(xué)院 劉森林

1 高壓廠用變壓器（以下簡(jiǎn)稱高廠變）保護(hù)配置情況

某電廠使用的#2高廠變是由保定天威變壓器有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為DC10-3150/√3/20的三相干式變壓器，其低壓側(cè)電纜型號(hào)為ZA-YJV-3＊240，為雙線并接。高廠變配置的保護(hù)包括：差動(dòng)保護(hù)，過(guò)流保護(hù)（速斷、時(shí)限I及過(guò)負(fù)荷保護(hù)）。另外，過(guò)流保護(hù)全部采用高壓側(cè)CT電流。

廠變?nèi)萘?009.45MVA 差動(dòng)啟動(dòng)定值 000.50Ie低壓側(cè)一次額定電壓 10.50kV 差流報(bào)警定值 000.25Ie高壓側(cè) TA 500A/1A 差流速斷定值 10 Ie低壓側(cè) TA 750A/1A 比率制動(dòng)起始斜率 000.15廠變聯(lián)結(jié)方式 Y/d-11 比率制動(dòng)最大斜率 000.70過(guò)負(fù)荷電流定值 000.6A 諧波制動(dòng)系數(shù) 000.15過(guò)負(fù)荷延時(shí) 005.00S 電流速斷定值 8.60A過(guò)流I段定值 003.30A 過(guò)流I段一時(shí)限延時(shí) 001.70S

2 保護(hù)動(dòng)作分析及故障排查

2.1 高廠變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作情況

某日監(jiān)控信號(hào)報(bào)：安裝間10kV的901M/902M聯(lián)絡(luò)刀閘90102G柜報(bào)Ⅱ母母線接地報(bào)警；二號(hào)機(jī)組主變保護(hù)A屏廠變差動(dòng)跳閘報(bào)警；二號(hào)機(jī)組主變保護(hù)B屏廠變差動(dòng)跳閘報(bào)警；二號(hào)機(jī)組主變保護(hù)A屏廠變差動(dòng)跳閘復(fù)歸；二號(hào)機(jī)組主變保護(hù)B屏廠變差動(dòng)跳閘復(fù)歸。

2.2 跳閘數(shù)據(jù)分析及故障排查

2.2.1 故障排查

現(xiàn)場(chǎng)檢查二號(hào)機(jī)組兩套主變保護(hù)動(dòng)作報(bào)告顯示：差動(dòng)電流10.7Ie，制動(dòng)電流5.35Ie，跳閘出口正確。檢查保護(hù)裝置采樣及回路正確。

檢查高廠變一次設(shè)備運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)#2高廠變低壓側(cè)10kV電纜頭（高廠變低壓側(cè)與10kV開關(guān)之間）單相放電引起電纜著火，使電纜頭絕緣嚴(yán)重?zé)龘p。

調(diào)取#2母線洞工業(yè)電視視頻，發(fā)現(xiàn)在保護(hù)動(dòng)作前幾分鐘#2高廠變內(nèi)部發(fā)出了火光，將高廠變頂部10kV電纜終端附近的膠墊引燃，然后持續(xù)燃燒直至保護(hù)動(dòng)作跳閘。

圖1 廠高變內(nèi)低壓側(cè)電纜布置接線情況（紅圈為故障區(qū)）

2.2.2 電壓諧振波形分析

現(xiàn)場(chǎng)檢查調(diào)取數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)現(xiàn)高廠變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作前高廠變低壓側(cè)波形有畸變，如圖1所示。根據(jù)圖1波形數(shù)據(jù)分析，故障期間#2高廠變低壓側(cè)三相電壓及零序電壓最大瞬時(shí)值均超過(guò)100V，含有大量高次諧波，且故障過(guò)程中10kV二段PT柜內(nèi)微機(jī)消諧裝置投入動(dòng)作。初步分析此故障期間是由于10kV電纜終端絕緣被燒損，導(dǎo)致電纜對(duì)地容抗參數(shù)發(fā)生變化，滿足諧振觸發(fā)條件進(jìn)而發(fā)生高頻諧振。微機(jī)消諧裝置投入后，諧振消失，電壓恢復(fù)正常。

圖2 故障后電纜頭燒損情況（紅圈內(nèi)為故障相接地點(diǎn)）

圖3 #2高廠變低壓側(cè)電壓諧振波形圖

2.2.3 #2高廠變低壓側(cè)短路故障分析

由于運(yùn)行值班人員在故障發(fā)生后的保護(hù)跳閘前期間拉開了#2高廠變低壓側(cè)10kV開關(guān)，此后的故障期間無(wú)法直接從故障錄波裝置上查看到#2高廠變低壓側(cè)的故障電壓和故障電流，只能通過(guò)#2高廠變高壓側(cè)電流推算低壓側(cè)故障電流。

隨著故障進(jìn)一步發(fā)展，#2高廠變高壓側(cè)三相電流（二次值）急劇增大，分別為IA=6.7A∠82o、IB=3.3A∠-97o、IC=3.3A∠-97o。 根 據(jù)Y.d11聯(lián)接中高低壓側(cè)電流關(guān)系，可計(jì)算#2高廠變低壓側(cè)三相電流（二次值）分別為Ia=[500×20×(IAIB)]/（1.732×10.5×750）=7.35A ∠82o，Ib=[500×20×(IB-IC)]/（1.732×10.5×750）=0A∠0o，Ic=[500×20×(IC-IA)]/（1.732×10.5750）=7.35A∠-102o，即#2高廠變低壓側(cè)A、C相電流大小相等，相位相反，B相電流為0，與不接地系統(tǒng)兩相短路故障特征完全吻合。

隨著時(shí)間推移，#2高廠變高壓側(cè)三相電流（二次值）發(fā)生了變化，分別為IA=6.4A∠-6o、IB=6.0A∠-128o、IC=6.0A∠115o， 同 理 可 以計(jì)算出#2高廠變低壓側(cè)三相電流（二次值）分別 為Ia=7.96A∠21o，Ib=7.96A∠-101o，Ic=7.96A∠141o，即#2高廠變低壓側(cè)A、B、C三相電流大小幾乎相等，呈正序120o關(guān)系，且略大于兩相短路電流值，這與不接地系統(tǒng)三相短路故障特征完全吻合。

圖4 #2高廠變低壓側(cè)相間短路故障波形圖

2.2.4 #2高廠變低壓側(cè)相間短路電阻計(jì)算

由#2高廠變銘牌參數(shù)可知，高廠變?nèi)萘縎=9.45MVA，短路阻抗標(biāo)幺值XT=0.079，低壓側(cè)額定電壓Un=10.5kV，則#2高廠變低壓側(cè)發(fā)生金屬性短路時(shí)，其短路阻抗有名值X1=XT×Un2/S=0.079×10.5×10.5×106/(9.45×106)=0.92Ω。

當(dāng)#2主變低壓側(cè)發(fā)生三相短路時(shí)，其高壓側(cè)故障電流標(biāo)幺值Ik（3）=6.0A×500/273=11，可計(jì)算出短路阻抗標(biāo)幺值XT'=1/Ik（3）=1/11=0.091，則短路阻抗有名值X1'=XT'×Un2/S=0.091×10.5×10.5×106/(9.45×106)=1.06Ω。

由上述計(jì)算可知，當(dāng)#2高廠變低壓側(cè)發(fā)生三相短路故障時(shí)，其短路電阻與發(fā)生三相金屬性短路時(shí)電阻相當(dāng)，因此可以判斷#2高廠變低壓側(cè)發(fā)生了三相金屬性短路故障。

3 故障原因分析

經(jīng)討論分析，此次故障的根本原因?yàn)楦邚S變廠家設(shè)計(jì)的變壓器低壓側(cè)電纜安裝固定方式不合理，安裝接線方式不合理，電纜頭位安裝工藝不到位，電纜主絕緣外層屏蔽未按照廠家工藝要求延伸至一定尺度的應(yīng)力錐段，造成電纜導(dǎo)體在箱體開孔位置的電場(chǎng)嚴(yán)重畸變，另電纜設(shè)計(jì)布置的彎曲度過(guò)小進(jìn)一步加重了該處電場(chǎng)的畸變，導(dǎo)致該位置在帶電后出現(xiàn)局部放電，達(dá)到一定程度后絕緣嚴(yán)重下降，產(chǎn)生高頻諧振后放電擊穿，經(jīng)歷A相接地，A、C兩相短路，最終導(dǎo)致三相短路故障后高廠變差動(dòng)動(dòng)作跳開發(fā)電機(jī)出口開關(guān)。