内蒙古电力技术  2019, Vol. 37 Issue (05): 98-100   PDF    
引用本文
乔斌强, 王永胜, 刘斌, 刘冰, 张祥. 变压器差动保护误跳闸故障原因排查[J]. 内蒙古电力技术, 2019, 37(05): 98-100.[doi:10.3969/j.issn.1008-6218.2019.05.024]  
QIAO Binqiang, WANG Yongsheng, LIU Bin, LIU Bing, ZHANG Xiang. Cause Analysis of Differential Relaying False Tripping of Transformer[J]. Inner Mongolia Electric Power, 2019, 37(05): 98-100.[doi:10.3969/j.issn.1008-6218.2019.05.024]  
变压器差动保护误跳闸故障原因排查
乔斌强, 王永胜, 刘斌, 刘冰, 张祥     
乌兰察布电业局, 内蒙古 乌兰察布 012000
[收稿日期] 2018-10-29; [修改日期]2019-08-20
[作者简介] 乔斌强(1984), 男, 内蒙古人, 硕士, 工程师, 从事继电保护工作。
摘要：针对某110 kV变压器低压侧差动保护误跳闸，通过故障信息分析初步认为故障原因为变压器高压侧TA二次回路W相存在电流泄漏；利用故障模拟及加压法确定了故障点，以及TA接线破皮是导致主变压器误跳闸的主要原因；并提出相应建议，以防止该类事故再次发生。
关键词：变压器     差动保护     TA     误跳闸     加压法     故障模拟    
Cause Analysis of Differential Relaying False Tripping of Transformer
QIAO Binqiang, WANG Yongsheng, LIU Bin, LIU Bing, ZHANG Xiang     
Wulanqab Electric Power Bureau, Wulanqab 012000, China
Abstract: Through analysis on false tripping of 110 kV transformer's differential protection, the reason of fault is the leakage of the secondary current of TA on phase W at high side of transformer. The fault position is determined by applying voltage method and fault simulation. The cause of malfunction of main transformer is the insulation damage of TA secondary circuit. The proposal is offered and the failure is prevented from happening.
Key words: transformer     differential relaying     TA     malfunction     method of applying voltage     fault simulation    
1 故障概况

某110 kV变电站额定容量为63 MVA、连接组标号为Y/D-11。2017-03-26，额定电压为110 kV/ 35 kV的变压器与35 kV侧的一条线路同时跳闸，变压器跳闸相为W相，动作时间12 ms。事后查明系统故障原因为该35 kV线路末端处U、V相接地短路，引起该线路跳闸。

2 故障原因排查过程 2.1 故障信息分析

分析动作电流录波图可知，变压器低压侧（D侧）TA二次故障电流波形符合Y/D-11变压器D侧发生UV相间短路时，D侧相电流iU=-iV，高压侧（Y侧）相电流IU=IW=-IV/2的特点，但是高压侧W相电流幅值略低于U相电流，造成U相无差动电流，V、W相的差动电流基本相等，V、W相的制动电流差别却很大，如表 1所示[2]。

表 1 保护装置动作量表1）

经分析可知，虽然高压侧U、W相电流相位相同，但数值却有约25%的差别（W相电流偏低）。低压侧U、V相短路的边界条件为：iU=-iV，iW=0，低压侧转高压侧移相公式为公式（1）（2）（3）：

(1)
(2)
(3)

式中IU、IV、iW—分别为高压侧三相电流；

iU、iV、iW—分别为低压侧三相电流；

n—低压侧额定电流与高压侧额定电流的比值。

由移相公式可以得出，低压侧U、V相短路时，高压侧U、W相电流应相同，而表 1中数据显示各相制动电流和差动电流差别很大，与之不符，初步认为是高压侧TA二次回路W相存在电流泄漏。

2.2 故障模拟

模拟变压器低压侧U、V相间故障，故障电流为额定电流的7.014倍（见表 1），且TA二次回路无异常，观察保护装置的差动电流及制动电流状态。根据变压器额定容量63 MVA，额定电压变比U1/U2= 110 kV/35 kV，高压侧TA变比N1=1000/5，低压侧TA变比N2=5000/5，结合差动电流、制动电流方程求出：iU=-iV=7.283∠0，iW=0（注入低压侧保护回路电流）；IU=6.689∠180°（注入高压侧U相）；IV=13.378∠0°（注入高压侧V相）；iW=6.689∠180°（注入高压侧W相）。在保护屏端子注入上述交流电流后，得到结果如表 2所示。

表 2 W相正常时保护装置动作量表

将上述试验数据IW=6.689∠180°改为4.971 ∠180°，使IW幅值减少约25%，做二次试验。在保护屏端子W相注入4.971∠180°的交流电流，采样结果如表 3所示。试验结果与当时故障情况相同，再次证明高压侧TA W相存在电流泄漏问题。

表 3 W相异常时保护装置动作量表
2.3 加压法排查 2.3.1 接线方式

故障发生时接线方式为：W相TA第6组二次线圈有3个抽头6S1、6S2、6S3，6S1与6S2之间为800/5变比，6S1与6S3之间为1000/5变比，保护用6S1与6S3之间的1000/5变比抽头，6S2端子通过电缆芯引至分线箱端子排。

2.3.2 试验过程

利用微机试验仪向TA二次线圈方向施加电压进行故障点排查。具体操作时先断开高压侧TA二次保护屏上的差动保护回路以及高压侧TA各相连片，利用微机试验仪电压输出端子外回路方向在A461、B461、C461端子与N461之间施加相同电压（按照电压逐级升高分别加压3次），结果如表 4所示。

表 4 加压实测结果

试验过程中将试验仪的输出电压数值调整至1 V，试验仪报电压二次回路短路，说明W相TA二次线圈回路阻抗很低；当断开TA端子箱处的N461接地点后，试验仪输出100 V电压时仍显示正常，且各相电压数值一致，说明W相TA二次回路的C461回路存在其他接地点。

进一步排查，在TA二次端子引出电缆的接线盒穿电缆开孔处发现了接地点（如图 1）。该接地点并非与6S1连接的C461电缆直接接地，而是与6S2相连的电缆接地。6S3端子已经有了1个接地点，当连接6S2端子的电缆芯穿过端子盒孔洞时，因电缆芯外皮受力破损而形成了另1个接地点，相当于TA W相二次回路的第6卷绕组一半被非纯金属性短接，形成了很大的接触电阻，使得TA无法正常转换一次电流，引起变压器差动保护误动作跳闸。

图 1 电缆破损
3 建议

本文通过故障模拟及加压法找出了变压器误跳闸原因，为了防止该类故障再次发生，提出以下建议。

3.1 加强对差流数值状态的巡视

在故障发生前保护装置的三相一定有差流存在，但未必达到差流越限告警定值，平时应加强对差流数值状态的巡视。

3.2 合理设计电缆接线盒

电缆裁剪头应伸至接线盒里侧，接线盒设计应负荷较低，锅炉运行负荷较高，在增加供热抽汽量的同时保证了发电负荷，实现了热电解耦。

4 结论

（1）600 MW等级纯凝机组供热改造时，从冷再抽汽作为压力匹配器的高压汽源引射中压缸排汽、中联阀参与调节的2种调整抽汽方案均可行，能够满足1.0~2.5 MPa压力等级的供汽要求。冷再方案供汽量可达150 t/h，中联阀参调方案最高供汽量可达400 t/h左右。

（2）锅炉蒸发量为2200 t/h，冷再方案抽汽达到120 t/h，机组热耗率将降低至7514 kJ/kWh，供电煤耗率比纯凝工况下降12 g/kWh；锅炉蒸发量为2200 t/h，中联阀参调热再抽汽达到400 t/h，机组热耗率将降低值7435 kJ/kWh，供电煤耗率比纯凝工况下降18 g/kWh。

（3）纯凝机组实施供热改造，需要采取措施以保证汽轮机低负荷运行时能够增加机组供热抽汽量，实现热电解耦。

参考文献
[1]
韩金华. 一起220 kV变压器匝间短路故障分析及仿真计算[J]. 变压器, 2018(9): 70-74.
[2]
高中德, 舒治淮, 王德林. 国家电网公司继电保护培训教材[M]. 北京: 中国电力出版社, 2009.
[3]
国家电力调度中心. 电力系统继电保护规定汇编[M]. 北京: 中国电力出版社, 2014.
[4]
张育华. 500 kV变电所35 kV变压器故障分析与诊断[J]. 变压器, 2018(3): 58-61.
[5]
刘强, 陈伟, 周睛睛. 一起110 kV主变故障的综合分析诊断[J]. 江苏电机工程, 2010(6): 17-19.