利用TA差異性配置的主變故障點診斷分析

黃浩聲 ，陳久林 ，陸 楊，袁宇波，李 鵬

(1.江蘇省電力公司電力科學研究院，江蘇 南京 211103；2.鹽城供電公司，江蘇 鹽城 224001)

變壓器是電力系統(tǒng)最重要、最昂貴的變電設備，其運行狀態(tài)直接影響系統(tǒng)的安全，若發(fā)生故障，會對電力系統(tǒng)和用戶造成重大的危害和影響。如果在主變出現(xiàn)故障后，不能快速準確地判斷故障原因及故障點，并及時加以排除，將對系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行造成相當大的影響。本文介紹了在變壓器發(fā)生故障時，通過對二次裝置錄波的分析，利用保護裝置自身錄波和相關故障錄波器錄波的差異性，分析故障類型，快速定位故障位置，極大地提高了變壓器故障排查速度，縮短了變壓器停電時間，從而提高了電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性和安全性。

1 主變故障及保護動作情況介紹

某變電站1號主變?yōu)槿嘁惑w、無載調壓的自耦變壓器，有500kV，230kV和36kV 3個電壓等級，容量為750/750/240 MV·A。2011年某月1號主變A相發(fā)生故障，主變差動保護動作，重瓦斯動作，壓力釋放動作，跳開兩側開關 （35kV側無獨立開關，且低抗、電容未投）。主變一次接線方式如圖1所示。51，52，53為主變500kV側開關；21為主變220kV側開關。主變差動保護二次電流取51，52及21開關的獨立電流互感器（TA），故障錄波器二次電流取主變500kV及220kV套管TA。

圖1 變電站一次接線示意圖

由于主變差動保護、重瓦斯、壓力釋放均動作，推測故障位置應處于差動保護范圍之內，主變縱差保護高壓側、中壓側電流取自獨立TA（變比4000/1和3200/1），如圖1所示。其保護范圍除主變本體之外還有一段套管至獨立TA的引線。因此，此時故障點的位置究竟處于主變本體內部還是引線，需做進一步的分析。而主變故障錄波器的高壓側、中壓側電流取自套管TA（變比都為3200/1），即故障錄波器錄波范圍為主變套管TA內部，故需將該故障錄波器錄波取出做進一步的分析。

2 故障錄波分析

2.1 電流特征分析

保護動作事件顯示，故障開始后16 ms，主變差速斷動作，此時最大差流值Idmax＝2.34 A，折算到220kV故障點的一次電流為：

n1為500kV側TA變比4000/1。

12 ms之后，主變大差動作，此時最大差流值Idmax＝2.39 A，折算到220kV故障點的一次電流為：

n1為500kV側TA變比4000/1。

654 ms之后，主變重瓦斯動作（因主變保護裝置型號較老，保護動作的故障錄波無法取出）。在現(xiàn)場調取1號主變故障錄波器的故障錄波文件，1號主變500kV，220kV側A相電流錄波，如圖2所示。

故障前50 ms（如圖2左邊第1根豎線所示），1號主變220kV側A相負荷電流與500kV側A相負荷電流相位相反，這是因為，當主變正常運行時，負荷電流從500kV側套管極性端流入，從220kV側套管極性端流出，如圖3所示。由于二次側電流都是由S1流出，所以高、中壓側二次電流相位相反[1]。在故障時刻（0 ms，圖中第2根豎線），1號主變220

圖2 錄波器故障錄波圖

kV側故障電流與500kV側故障電流相位仍舊相反。這就說明，故障電流基本是穿越性的，也即是說，從定性角度分析，故障電流從500kV側流入，從220kV側流出，主變內部沒有故障點。

圖3 主變正常運行潮流圖

定性分析之后，再進行定量分析。將0 ms時刻的500kV側故障電流（瞬時值）折算到220kV側，如圖2所示。I500kv＝1.191 A，折算到中壓側電流：

n1和n2分別為主變500kV側與220kV套管TA變比，均是3200/1。

由此可見，故障錄波器500kV側故障電流折算到220kV側后，與220kV側故障電流（2.625 A）幾乎相同。也就是說，流過1號主變500kV側套管TA與220kV側套管TA的電流相位相反，大小相等，為一穿越性電流[2]。將兩側電流以穿越電流方向繪制（即220kV電流取反，并進行變比折算），如圖4所示。從圖中可以看出，500kV電流與220kV電流故障前和故障后幾乎重疊。

2.2 故障點判斷

圖4 主變高中壓側電流疊加圖

如前分析，主變保護檢測到差流并動作，因此故障點在差動保護范圍內；分析故障錄波器錄波，得到的結論的卻是一穿越性電流。從圖1可知主變差動保護的保護范圍為主變本體及本體至獨立TA之間的一段引線，故障錄波器錄波范圍為主變套管TA內部，由此可以推斷，主變本體內部無故障，故障點應位于220kV套管TA與220kV獨立TA之間。故障電流分布做如下分布，如圖5所示。

圖5 故障電流分布圖

3 現(xiàn)場檢查

經(jīng)現(xiàn)場檢查，故障部位位于220kV側A相套管下瓷套金屬延伸管內，故障原因為A相套管下瓷套部位電容屏絕緣擊穿。500kV系統(tǒng)故障電流經(jīng)主變500kV側套管TA—變壓器繞組—220kV側套管TA至故障點入地，因此流過主變500kV側套管、220kV側套管的電流為一穿越性電流；220kV系統(tǒng)故障電流回路為套管導桿—故障點—金屬延伸管—變壓器法蘭—經(jīng)變壓器油箱入地，套管TA并未感受到來自220kV系統(tǒng)的故障電流。綜上分析，經(jīng)過主變高、中壓側套管TA電流為一穿越性電流；而由于故障點位于中壓側套管瓷套部位，屬于差動保護范圍，因而差動動作。與先前分析完全吻合。

4 結束語

主變故障錄波器的故障錄波不僅在常規(guī)分析變壓器故障類型中起著作用，通過對主變保護裝置本身錄波和故障錄波器錄波的綜合分析，進行慎密地計算判斷，亦可以準確地顯示變壓器故障點，給變壓器故障處理提供很好的參考，從而使得變壓器故障得以盡早處理，恢復運行。而且從設計的角度，故障錄波器采用套管TA，主變保護裝置采用獨立TA，這種交叉設計的思路對于綜合判斷故障位置具有較好的參考價值。

[1]國家電力通信調度中心.電力系統(tǒng)繼電保護實用技術問答[M].北京：中國電力出版社，2000.

[2]王維儉.電氣主設備繼電保護原理應用[M].北京：中國電力出版社，2001.