某110kV主變事故過程仿真分析

李 莉任幼逢徐金雄王 磊

（1. 三峽電力職業學院，湖北 宜昌 443000; 2. 河南省電力公司洛陽供電公司，河南 洛陽 471600）

?

某110kV主變事故過程仿真分析

李 莉1任幼逢2徐金雄1王 磊2

（1. 三峽電力職業學院，湖北 宜昌 443000; 2. 河南省電力公司洛陽供電公司，河南 洛陽 471600）

文章針對某110kV變電站主變差動保護跳閘事故，結合事故相關檢測數據，通過Matlab中的Simulink模塊進行仿真，模擬三相三繞組變壓器事故經過，還原事故真相，并證明主變跳閘的合理性。

主變；差動保護；仿真；還原；合理性

2013年10月15日，某地區供電局110kV變電站2#主變跳閘，經分析事故經過如下：

1）事故發生前，如圖1中k3所示位置，變壓器內部B相繞組中低壓側之間絕緣已經降低。

2）2013年 10月 15日 10∶10∶06該站一條35kV線路A相發生接地故障，如圖1中k1所示，由于 35kV中性點不接地，接地故障發生后發零序接地告警。該站2#主變中后備保護在事故前零壓接地告警啟動也證實了這一點。

3）35kV側A相接地后，由于變壓器內部B相繞組中低壓側之間絕緣約 1MΩ，10kV避雷器對地阻抗大于 25MΩ，避雷器承受大部分電壓，超過避雷器額定電壓17kV，導致C相避雷器擊穿接地，在圖1中k2所示位置發生接地。

4）C相避雷器接地后，B相繞組中低壓側之間承受全部電壓導致擊穿，如圖1中k3所示，從而形成了如下回路：大地——中壓側A相——中壓側中性點——中壓側B相——低壓側B相——低壓側C相——大地。從而導致主變差動保護動作，同時上述35kV線路過流Ⅰ段動作并重合成功。

圖1　中低壓側各故障點示意圖

1　事故經過還原

1.1中壓側A相接地提升低壓側電壓

由于配置問題，該事故沒有錄波，先針對上述的第3）點進行仿真，分析在各種情況下，低壓側各相避雷器兩端電壓情況。

本文采用Matlab中的Simulink模塊進行仿真，模擬三相三繞組變壓器。接線方式為 Yn/Y/△11，為了方便計算，各側電壓分別為 110kV、35kV、10kV，在中壓側A相接地，k1處接地電阻取1Ω。#2主變 10kV側避雷器型號：YH5WZ-17，額定電壓17kV，查閱國標GB 11032—2000《交流無間隙金屬氧化物避雷器》，其直流1mA參考電壓不小于25.0kV，也就是擊穿前其對地阻抗不小于 25MΩ，所以取k2點對地電壓25MΩ。

1）k3處絕緣電阻對低壓側對地電壓的影響

在 k1處發生短路的前提下，將 B相變壓器繞組分成三等分，在圖1中k3所示位置短接B相繞組中低壓側，把中低壓側繞組分為三等份，以0表示圖1中B相下端，1表示圖1中B相上端，在（2/3、2/3）處短接中低壓繞組，分別仿真0.1～1000MΩ時，低壓側各出線對地電壓，結果見表 1，當絕緣電阻在故障后實測值1MΩ左右時，C相的電壓迅速升高至30kV左右。

表1　k3處不同絕緣電阻時低壓側對地低壓仿真結果

2）k3處短路位置對低壓側對地電壓的影響

取約等于測量值的1MΩ電阻，仿真各種短路位置時低壓側對地電壓見表2。

1.2變壓器內部擊穿后各側電流、電壓

低壓側C相避雷器擊穿后，k3處絕緣電阻兩端電壓如圖2、圖3所示，即從3.18kV上升到33.78kV，從而導致變壓器內部擊穿，形成了短路回路。

計算變壓器內部擊穿后的故障電流，取35kV側負荷等于損失負荷12MVA，功率因數取0.8，根據中壓側短路電流2000A估算短路回路阻抗17Ω，分別令各短路點短路阻抗，Rk1=Rk2=1Ω，Rk3=15Ω，對事故進行仿真。

圖2　低壓側避雷器擊穿前k3處絕緣電阻兩端電壓

圖3　低壓側避雷器擊穿后k3處絕緣電阻兩端電壓

1）變壓器三側對地電壓如圖4所示，高壓側三相基本不變，中壓側A相和低壓側C相接地后對地電壓下降，中壓側B相部分繞組與低壓側B相發生了短路，因而中壓側B相電壓相位有變化。

2）變壓器三側電流如圖 5所示，高壓側 A相電流最大，而變壓器處于不接地系統中無法流通零序，所以高壓側無零序電流，B、C兩相電流與 A相基本反相，符合110kV線路對側變電站錄波情況。中壓側A相發生接地短路，電流最大，B、C相為負荷電流。低壓側電流不是變壓器繞組電流，而是出線電流，所以其C相電流大小基本等于中壓側A相電流，且相位相反。

3）計算變壓器三側差動電流，由于故障點發生在低壓側電流互感器內側，圖5中所示低壓側C相電流不計入差流。折算到35kV側的差流如圖6中所示，由于變壓器內部表現為B相故障，因而B相電流最大；但是變電站安裝的保護裝置采用折算到10kV側進行計算，10kV側采用三角形接線，折算后的差流如圖 6所示，A相差動電流最大，達到6000A，超過保護動作定值。

圖4　故障后變壓器三側對地電壓

圖5　故障后變壓器三側電流

4）如果擊穿的避雷器位于電壓側電流互感器外側，則將低壓側C相短路電流計入差流后，由于變壓器內部B相中低壓側擊穿，差流仍然存在，如圖7所示，A相差動電流最大，接近 4200A，變壓器差動保護同樣會動作。因此，即使低壓側對地擊穿點在電流互感器外側，變壓器保護同樣可以正確動作。

圖6　故障后的差動電流

圖7　計入低壓側電流的差動電流

2　結論

由于變壓器內部 B相短路阻抗 1MΩ遠小于避雷器電阻25MΩ，中壓側A相接地后35kV側A相電壓以及部分的B相電壓疊加低壓側，從而抬高了低壓側的對地電壓，由于涉及到的電壓向量比較復雜，文中采用仿真結果更直觀說明事故情況。

仿真結果可知，由于變壓器內部B相中低壓側繞組之間絕緣降低，在中壓側A相發生接地后，低壓側各相對地低壓升高，其中C相最為嚴重。當中低壓側繞組之間絕緣電阻小于10MΩ時，低壓側C相電壓很可能超過避雷器額定電壓17kV；而當絕緣電阻為1MΩ時，無論絕緣降低所在位置在繞組的哪一部分，都會導致C相避雷器兩端電壓抬升至額定值24kV以上。C相避雷器擊穿后，變壓器B相中低壓繞組之間電壓從3.18kV上升到33.78kV，從而擊穿絕緣，導致短路。仿真表明無論避雷器在低壓側電流互感器內側還是外側，主變差動保護都能正確動作。

仿真結果跟事故中各保護裝置記錄及動作情況基本能保持一致，表明仿真能切實還原事故經過。

[1] 吳曉梅, 鄒森元, 國家電力調度通信中心. 電力系統繼電保護典型故障分析[M]. 北京: 中國電力出版社, 2001.

[2] 水利電力部西北電力設計院.電力工程電氣設計手冊[K]. 北京: 中國電力出版社, 1987.

[3] 武中利. 電力變壓器故障診斷方法研究[D]. 保定:華北電力大學, 2013.

[4] 陳剛, 王清昊, 黃玉霞, 等. 中性點間隙擊穿引起的220kV主變跳閘事故的分析[J]. 電瓷避雷器, 2013(5): 73-78.

[5] 董張卓, 徐東民, 趙元鵬, 等. 110kV變電站主變損壞事故的分析[J]. 變壓器, 2013, 50(8): 71-74.

[6] 王光中, 郝建宏, 沈鴻彥, 等. 某 35kV變電站主變誤跳閘事故分析與處理[J]. 電力系統保護與控制, 2010(5): 127-131.

[7] 耿衛星, 劉春玲, 吳麗紅, 等. 一起110kV主變差動保護誤動事故分析及對策[J]. 變壓器, 2010(12): 43-45, 52.

Simulation Analysis for the Process of a 110kV Main Transformer Accident

Li Li1Ren Youfeng2Xu Jinxiong1Wang Lei2
(1. Three Gorges Vocational College of Electric Power, Yichang, Hubei 443000；2. Luoyang Power Supply Company of He’nan Electric Power Company, Luoyang, He’nan 471600)

This thesis was going to analysis the tripping accident of main transformer’s differential protection at 110kV transformer substation. The writer used the relevant monitoring data to simulate the process and details of the accident by Simulink module in Matlab software. Then to prove the rationality of main transformer’s differential protection.

main transformer; differential protection; simulation; reduction to; rationality

李 莉（1982-），女，湖北宜昌人，講師，研究方向為電力系統運行、檢修方面。