V/X接線主變差動保護跳閘分析

石桂兵 中國鐵路上海局集團有限公司調度所

隨著我國高速鐵路建設的快速發展，V/X接線變壓器作為新型的變壓器已經在京滬高鐵、滬杭高鐵、合福高鐵等牽引變電所大量投入使用，因V/X接線方式的特殊性，其差動保護裝置的設置與常規接線變壓器設置不同，也出現了除常規的變壓器內部故障、CT內故障外，由外部原因引起的差動保護動作情況的特殊問題。

1 故障概況

XX年XX月XX日，合福線柴林橋牽引所1號、3號差動保護動作，自動投切至2#進線帶2號、4號運行。故障發生后，現場人員首先對1號、3號主變一次設備進行了規定項目測試，對差動保護整定值及保護裝置進行了實驗，未發現任何問題，對跳閘數據進行計算，滿足差動保護啟動條件。經對跳閘時故障錄波圖進行分析，判斷此次跳閘的原因為進線電源故障。

2 原因分析

2.1 V/X接線主變差動保護原理

牽引變壓器差動保護主要保護變壓器內部、套管，以及引出線上多相短路、層間短路、接地短路故障，保護范圍是變壓器一次側、二次側電流互感器之間的設備。V/X接線主變差動保護裝置接線如圖1所示，地方供電公司進線電源A、B、C三相引入，1號主變引入AC相，3號主變引入CB相，其中C相為公共相，一次側電流分別用IA、IB、IC表示。二次側采用X形式，二次側電流Iα為IMT、IMF的合成電流，Iβ為ITF、ITT的合成電流。ICD為本變壓器負載相差動電流，IZD為制動電流；ICDG為本變壓器公共相差動電流，IZDG為制動電流。為實現高、低壓側之間的差動電流平衡，電流由低壓側向高壓側平衡。平衡關系為：

其中1/KPH=nT2/KnT1，nT1為變壓器高壓側電流互感器變比；nT2為變壓器低壓側電流互感器變比；K為變壓器高低壓側繞組匝數比。以A相、公共相C計算為例：

A 相差動電流 Icd為：ICD=|IA-Iα′|；

A 相制動電流 Izd為：IZD=|IA+Iα′|/2；

公共相 C 相差動電流 Icd為：ICD=|IB-Iβ′|；

公共相 C 相制動電流 Icd為：IZD=|IB+Iβ′|/2。

差動速斷保護動作判據為某相大于本相差動電流速斷定值，即ICD＞ISD，變壓器兩側斷路器動作跳閘，無延時切斷故障設備。

圖1 V/X接線主變差動保護裝置接線圖

2.2 主變差動保護動作的主要原因

以柴林橋牽引所為例，2臺單相變壓器高壓側容量均為40 MVA，接成V/X接線，220 kv側電流互感器變比nT1為600，27.5 kv側電流互感器變比nT2為2 500。

變壓器差動保護裝置整定值為：差動速斷A、C相動作整定值為1.82 A，公用相B相動作整定值為2.82 A。比率差動A、C相差動動作電流為0.15 A，公用相B相差動動作電流為0.24 A。平衡系數為1.92。故障報文如圖2所示。

圖2 柴林橋牽引所差動保護故障報文

根據差動保護動作原理，結合故障報文數據，進行測算如下：

1號主變A相差動電流：

1號主變公共相C相差動電流：

經上述計算，證明1號主變差動保護屬于正常動作。用相同的方法對3號主變差動保護報文也進行計算，兩次結論完全一致。

通過對1號、3號主變的一、二次側設備進行檢查試驗，各項檢查和試驗數據均正常。為進一步查找差動故障原因，對動作時的故障錄波情況進行調取分析，圖3為1號主變故障錄波、圖4為3號主變故障錄波。

圖3 1號主變故障錄波

圖4 3號主變故障錄波

經分析發現：UH一欄中，第一個0點與第三個0點時間相差20 ms，第三個0點與第五個0點相差20 ms，第五個0點與第七個0點相差28 ms。UT與UF前三波峰與第四、五、六波峰大于2倍的關系，同時公共相B相有電流存在，數值明顯大于一個邊相的電流，方向相反。由此可以判斷，此次故障有可能是變電所進線電源B相發生接地故障，使進線電壓產生波動畸變，產生勵磁涌流，導致1號、3號主變差動保護動作。

2.3 常見的進線電源故障對差動保護影響分析

為了更好地分析問題，指導現場快速查找故障，對進線電源常見的故障是否會引起差動保護誤動進行分析。

2.3.1 公共相C相高壓側缺相

AC線電壓變成AB線電壓，但原線圈數值上只有1/2，但C相無電流。由公共相差動電流因此差動保護也會動作。本例中因為C相有電流，變化后UT、UF電壓數值明顯小于1/2，所以不會是這種情況。

2.3.2 公共相C相高壓側接地

AC線電壓變成A相電經過單相變壓器高壓線圈接地，C相有接地電流（110 kV以上高壓系統中性點接地系統）。UT、UF電壓數值應等于原來的。由公共相差動電流ICDG=|I˙c-（I˙α+I˙β)×0.52|，|I˙c|中有 A、B 相經過線圈的接地電流，因此差動保護也會動作。這種情況與上述跳閘比較相似。

2.3.3 邊相A相高壓側接地

AC線電壓變成C相電經過單相變壓器高壓線圈接地，A相有接地電流（110 kV以上高壓系統中性點接地系統）。UT、UF電壓數值應等于原來的。由邊相A相差動電流ICD=|中有 C 相經過線圈的接地電流而低壓側無負荷電流I˙α=0，因此差動保護會動作。

3 應對措施

通過對近幾年上海局集團公司管內變壓器差動故障統計分析，非變壓器本體原因引起的差動保護動作約占80%左右，其中因進線電源電壓異常導致差動保護動作的情況也多次發生。

為減少因進線電源故障導致牽引所主變發生差動保護幾率，要密切和地方供電公司聯系，及時掌握上級變電所的運行情況。加強對進線電源線路的巡視管理，特別是大風、雨雪等惡劣天氣時，及時發現并處理進線電源存在的安全隱患。對于供電線路線夾、電纜等薄弱設備，要加強日常巡檢和周期試驗，避免斷線和接地故障發生。

差動保護發生后，在對變壓器一、二次設備進行常規檢查、試驗的同時，還要及時查閱故障報文，調取故障錄波，分析進線電壓波動情況，及時詢問供電公司上級電源情況，若變壓器本體及一、二次設備檢查無異常，主變故障錄波有明顯變化時，則可以判定系進線電壓波動畸變，產生勵磁涌流引起的差動保護。此時，可省去對變壓器油化驗、檢查的程序，待進線電壓恢復正常后，即可將變壓器投入運行，可以大大縮短故障排查、處理時間，節省人力、物力投入，提高牽引供電系統的供電可靠性。