淺談牽引變電所主變壓器低壓啟動過電流保護誤動分析

宇航

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

關鍵詞：牽引變電所主變壓器;低壓啟動過電流保護;誤動

前言

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

1、低壓啟動過電流保護簡介

牽引變壓器高低壓側均應配置低壓啟動過電流保護。高壓側低壓啟動過電流保護作為差動保護的后備保護及變壓器內部故障的后備保護，并兼作主變壓器低壓側母線的后備保護及饋線故障的遠后備保護。低壓側低壓啟動過電流保護作為 27.5kV 母線故障的主保護及饋線故障的近后備保護。

2、跳閘原因分析

主變壓器高壓側過電流定值按 1.5 倍額定電流進行整定，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，滿足保護動作條件，故保護出口跳閘。發生跳閘故障時，3 # 主變壓器在運行狀態向原有高鐵供電，1 #主變壓器由于低壓側斷路器在分位，處于空載運行狀態。4 # 、2 # 主變壓器處于冷備用狀態。

變電所改造后變壓器高壓側為雙重保護設置。一套為 A 廠家保護裝置，高壓側低電壓啟動過電流判據：當相應的主變低壓側斷路器處于合位時，采集母線電壓，并作為低電壓啟動過電流判據;如果斷路器處于分位，則不以其母線電壓作為判據。另一套為 B 廠家保護裝置，高壓側低電壓啟動過電流判據：當主變低壓側兩個母線電壓 U α 、U β及 αβ 間電壓這 3 個電壓中任一值小于設定值時，滿足低電壓啟動過電流判據。

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

3、存在的問題

3.1安全風險意識低

因新增高鐵線路建成投運，需要利用變電所既有的設備進行增容改造，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 # 主變壓器低壓側斷路器分位、變壓器空載運行，由 3 # 主變壓器單獨供電，技術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軟件邏輯的適用性進行調查分析，未對與實際運行方式不匹配的問題進行充分研判，從而造成在改造后單臺變壓器運行時 B 廠家的保護裝置誤動作。

3.2設計方案不仔細

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，此時根據運行方式需要修改主變后備的低壓側保護的定值大小即可”，未提出低電壓閉鎖過電流保護邏輯調整措施，導致廠家設置的保護邏輯不適用改造后的運行方式，埋下故障隱患。

4、整改措施

設置單獨的 U αβ 低壓啟動定值。在變電所近端發生相間短路故障時，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能可靠動作。因此，建議設置單獨的 U αβ 低壓啟動定值。當三相 V/v 或V/x 聯接的變壓器過負荷運行時，即使在 α 相重負荷為3倍變壓器額定負荷且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，也可以規避低壓啟動過流動作的風險，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，低壓側相間夾角為 90°，U αβ 正常電壓為 1.414U α ，設置單獨的 U αβ低壓啟動定值低于 0.7 倍相電壓，同樣適用。

5、結語

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

參考文獻

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