主變平衡繞組故障引起差動保護動作的分析

鮑有理，劉春光

（1.無錫供電公司，江蘇無錫214061；2.江陰供電公司，江蘇江陰214000）

1 事故簡要情況

某日16時13分04秒，220kV某變2號主變2套差動保護均動作，跳開主變三側開關。主變容量為180/180/90 MV·A，上海AREVA變壓器有限公司生產，聯結組別為YNa0yn0+d（如圖1所示）。現場檢查發現平衡繞組的引出樁頭接地，短路故障導致主變差動保護動作。

圖1 YNa0yn0+d變壓器接線組別示意圖

2 平衡繞組及其樁頭

平衡繞組又叫穩定繞組，在星形-星形聯結或星形-曲折形聯結的變壓器中，為減少星形聯結繞組的零序阻抗而專門設計的一種輔助的三角形聯結的繞組。此繞組只有在三相不連接到外部電路時，才稱穩定繞組[1]。平衡繞組能夠滿足星形-星形聯結的變壓器正弦波形經傳變后依然是正弦波的要求。很多廠家將變壓器的平衡繞組先三相環接后僅引出頭、尾2個樁頭，這2個樁頭人工短接并接地；AREVA變壓器將平衡繞組三相環接后，引出三相的3個樁頭作為測試繞組的直流電阻之用，并采取B相接地的措施，主變平衡繞組三相套管平面布置如圖2所示，Ta，Tb，Tc為三相的3個引出樁頭。

圖2 主變平衡繞組三相套管平面布置圖

3 主變差動保護動作行為及提取的波形

平衡繞組故障時，2號主變2套比率差動保護、工頻變化量差動均動作。三相差動電流A相1.5Ie、B相2.02 Ie、C相1.8 Ie，主變差動保護啟動門檻值為0.65 Ie，差動保護動作正確。

在故障始發至10ms內高壓側B相電流幅值近乎A，C兩相電流幅值之和，且B相電流角度與A，C兩相電流角度相反。10ms以后，故障電流增大并呈三相故障電流狀態。故障始發至切除時間大約60ms。

4 現場檢查及分析

現場檢查發現2號主變平衡繞組三相引出線套管及樁頭熱縮套破裂并有大電流放電痕跡。平衡繞組引出樁頭Ta高壓套管表面放電和灼傷痕跡嚴重,引出樁頭Tc，Tb高壓套管表面有放電和灼傷痕跡（圖3）。本體瓦斯繼電器二次電纜護套管固定綁扎線（塑料材質）脫落，護套管松動并有明顯放電和灼傷痕跡。當時正是雷暴雨天氣，本體瓦斯電纜護套管在大風的作用下斷裂脫落舞動，護套管與平衡繞組Ta套管瓷裙間放電拉弧，引發T1，T2，T3三相樁頭放電，引起2號主變差動保護動作跳閘。

5 理論分析

引發故障的原因清楚后，如何正確理解差動保護的故障電流波形必須進行理論分析。該變電站主變的中壓側、低壓側均無電源，能夠提供故障電流的只有高壓側電源。所以聯結組別為YNa0yn0+d，三角形側兩相短路故障時也可以等效為圖4的Y0/△-11聯結組別進行分析。由于平衡繞組的B相樁頭已經強制接地，A相樁頭由于電纜護套管放電接地，形成變壓器三角形側AB兩相短路故障，該故障電流可以分解為正序和負序電流[2]，經△-Y轉變后，正序和負序電流分量在高壓側形成的故障電流有這樣的結論：B相電流的幅值是A，C兩相電流幅值的2倍，角度相差180°，見圖5。

圖4 Y0/△-11聯結組別三角形側兩相短路模型

圖5 △側AB兩相短路故障時Y側的三相故障電流

6 結束語

這是一起較為少見的由于平衡繞組故障引起主變差動保護動作案例，通過理論分析結合對差動保護高壓側故障電流波形研究，可以推斷出整個故障過程：由于雷暴雨天氣影響，本體瓦斯電纜護套管在大風的作用下斷裂脫落后發生擺動，護套管與主變平衡繞組Ta樁頭套管瓷裙間放電拉弧形成接地。由于平衡繞組Tb樁頭強制性接地，導致平衡繞組發生了AB相間故障。主變差動保護動作，AB相間故障10ms后，惡劣的天氣使電弧對Tc樁頭放電造成平衡繞組發生了三相故障，主變差動保護經23ms動作出口，60ms后主變三側開關跳閘切除故障。

[1] 輸變電常用標準匯編變壓器卷[M].北京：中國標準出版社，2001.

[2] 賀家李.電力系統繼電保護原理與實用技術[M].北京：中國電力出版社，2009.