一例過流保護跳閘的故障分析和試驗

張培華 張華生

（來賓華錫冶煉有限公司，廣西 來賓 546115）

一例過流保護跳閘的故障分析和試驗

張培華 張華生

（來賓華錫冶煉有限公司，廣西 來賓 546115）

文章中故障分析主要集中在故障點的判斷、變壓器運行參數整定及一起比較罕見的過電壓保護器故障，還有后面對于過電壓保護器故障的進一步試驗證實，旨在對電氣維修經驗的總結和交流提供幫助。

變壓器；過流保護；電流；過電壓保護器；線路；絕緣

1 引言

電工作業有高壓維修和低壓維修之分，但是在實際電氣故障維修中，邊界就不會如此清晰。筆者在近日的電氣維修作業中就遇到如下一例故障，在來冶公司電氣運行將近30年時間中第一次發生，處理過程難度不是很大，不過發生率極低，故在此和各位同行分饗，希望對實際的維修工作起到一定的促進作用。

2 故障分析和試驗

2.1 故障分析過程

近日，在對一投一備的兩臺容量為630KVA變壓器進行無人值守線路改造后，負載為220KW的球磨機設備在起動時出現變壓器過流保護跳閘的故障現象。在故障排查過程中，互換兩臺變壓器運行后，變壓器還是出現過流保護跳閘，而變壓器低壓側的萬能斷路器、球磨機電機電源的兩級空氣斷路器均沒有跳閘，繼續檢查低壓側的電源電纜、起動柜及元器件均沒有發現異常，檢查電機的對地絕緣電阻為100MΩ，電機繞組在△接方式下用雙臂電橋測量三相繞組電阻分別為：15.23mΩ、14.80mΩ、16.73mΩ。至此，已經初步排除了低壓側的電氣故障，重點是排查高壓側的故障點。通過查找變壓器微機保護器上的歷史運行數據，球磨機起動時變壓器過流保護跳閘的動作值在 7.8～8.5之間，高壓側一次電流表表顯為 25A；同時還出現了另一種故障現象，就是在把兩臺630KVA的變壓器工作置于母聯工作方式下，其目的是擴大變壓器容量，球磨機是可以正常起動工作的，但是有時在運行過程中也出現了兩臺變壓器連跳的故障跳閘現象，兩臺變壓器高壓側一次電流表表顯分別為26和25，兩臺變壓器的微機保護器上顯示的過流保護動作值分別為6.5和6.3，變壓器一次側電流互感器的變比為50/5，根據二次電流換算公式，球磨機設備起動時的電流為

I二次=βx ILx50/5=7.8～8.5x25x50/5=1950A～2125A

容量630KVA的變壓器一次側額定電流為35A，其計算如下

I=S/√3/U=630/1.732/10=36.37A

二次側額定電流為875A，其計算如下

I=S/√3/U=630/1.732/0.4=909A

其中：I--電流，單位A

S--變壓器容量，單位kVA

U--電壓，單位kV

相應的微機保護器上過流保護整定值為5.8，動作時限為0.5S，球磨機電機起動為Y-△起動方式，起動時間為

S=4+2√電機功率=4+2x14.8=32.8s＞0.5s

變壓器廠家提供的過流保護整定值為5.8，其過流保護跳閘電流為

I整定=βx ILx50/5=5.8x25x50/5=1450 A

球磨機起動電流等于變壓器二次側的電流 1950A～2125A＞1450A，在此起動電流下，變壓器過流保護跳閘是正常的保護動作。

但是，與前進行線路整改設備又能正常工作相比，則是不正常的。也就是說此臺變壓器不能避過球磨機的起動峰值電流，從此現象來看，兩臺變壓器的過流保護跳閘是因為整定值不對所導致的。

基于此分析，焦點便集中在了變壓器整定值的正確性上了，在綜合考慮了實際工況的情況下，也就是變壓器二次側的低壓電纜截面積、長度、工作溫度等因素，及多年的工作經驗，把兩臺的變壓器過流保護動作值整定為12.9。

但是，這次變壓器參數的重新整定只是從理論上解決了球磨機設備起動時變壓器過流保護跳閘的問題，而前面提到的球磨機起動完成后正常運行時同樣出現變壓器過流保護跳閘的故障現象從這方面是無法得到合理的解釋的，也就是在正常運行時的電流，其計算如下

I運行=βxILx50/5=6.3x25x50/5+6.5x26x50/5=1575A+1690A=3265A

其中：β—變壓器過流保護值

如此在的電流從何而來，帶著此疑點，維修人員檢查了高壓側的所有線纜、電路元器后，沒有發現明顯的擊穿、放電跡象，這樣，最后把問題的癥結集中在高壓側的過電壓保護器上。

2.2 過電壓保護器的相關試驗

2.2.1 過電壓保護器的工作原理和作用

在工業生產的高壓運行線路中，考慮到真空開關的滅弧能力極強，開關時會引起特殊的操作過電壓，造成高壓電機絕緣擊穿，回路變壓器故障，甚到導致開關柜自身損壞燒毀，所以一般情況下在3～35KV的中壓系統中都裝有三相組合過電壓保護器（如圖1）。

圖1 三相組合過電壓保護器

其核心的工作原理是采用放電間隙給氧化鋅閥片分壓的方式，降低線路的操作沖擊保護殘壓，實現對操作過電壓的保護，過電壓保護器的主要工作元件是氧化鋅閥片，與避雷器相似。

當過電壓保護器忽然發生短路時，高、低壓繞組可能一起通過為額定值數十倍的短路電流，使其產生很大的熱量，過電壓保護器嚴重發熱。當過電壓保護器承受短路電流的能力不夠，熱穩定性差時，就會使過電壓保護器絕緣材料嚴重受損，而形成過電壓保護器擊穿及損毀事故。

也就是說，過電壓保護器有釋放高壓線中的短路電流的作用。

2.2.2 試驗過程

在謹慎的工作態度下，對整條線路上的各個元器件進行了多次的檢查，最終還是把重點放在了過電壓保護器上，在拆除了過電壓保護器后，斷開變壓器母聯，恢復變壓器一投一備的工作方式，球磨機等設備起動運行正常，也沒有出現負載設備運行中變壓器過流保護跳閘的故障現象，至此，可以確定是過電壓保護器釋放出的短路電流導致的變壓器過電流保護跳閘。

另外，把拆下的過電壓保護器安裝到另一臺高壓控制柜下，負載的容量同樣為220KW的電機，在起動過程中發生了同樣的故障，而且，起動操作愈頻繁，電機在正常運行中出現的變壓器過電流保護跳閘也愈頻繁，這樣實驗證明了過電壓保護器對于線路中的沖擊電壓是有疊加效應的。

3 試驗結論

縱觀整個處理過程和后面試驗，導致故障的原因如下：

（1）變壓器的過流保護整定值沒有結合實際工況整定，計算不準確；

（2）過電壓保護器出現誤動作的故障，而且從后而的試驗進一步確認，過電壓保護器對高壓線路中的沖擊電壓有疊加效應，這就是導致起動愈頻繁變壓器過電流保護跳閘也愈頻繁的原因所在。

4 措施建議

為了避免再次出現類似故障，相應的，也對日后的高壓線路維修保養工作做出了維護保養措施：

（1）結合具體工況對其它的變壓器過流保護整定值重新整定；

（2）對于高壓線路中的過電壓保護器按工作時限進行檢查，或者一次性動作后更換的制度。

［1］ 咸日常.電力變壓器運行與維修［M］.北京:中國電力出版社，2014.

［2］ 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.GB 16895.22-2004 建筑物電氣裝置第5-53部分:電氣設備的選擇和安裝 隔離、開關和控制設備 第 534節:過電壓保護電器［M］.北京:中國標準出版社，2004.

An over-current protection tripping fault analysis and test

This article focuses on the judgment of fault point，fault analysis of transformer running parameters setting and the fault of the relatively rare over-voltage protector， and then to further test the over-voltage protector failure confirmed that aims to provide help for the summary of experience on electrical maintenance and communication.

Transformer； overcurrent protection； current； over-voltage protection device； circuit； insulation

TM13

A

1008-1151（2016）08-0053-02

2016-07-10

張培華，男，廣西合浦人，來賓華錫冶煉有限公司鋅分廠副廠長，機械工程師，注冊一級建造師，從事機械、電氣管理以及電氣、儀表自動化應用研究工作。