變壓器低壓側短路的保護動作分析

陳京靜

（馬鞍山當涂發電有限公司，安徽 馬鞍山 243102）

變壓器低壓側短路的保護動作分析

陳京靜

（馬鞍山當涂發電有限公司，安徽 馬鞍山 243102）

某發電公司#4A帶式輸送機開關過流保護動作，繼電保護人員經過現場檢查、數據收集、向量分析，迅速判斷出故障點。本文采用對稱分量法，分析了變壓器低壓側發生不對稱故障后，高壓側各序分量的的向量關系，對專業技術人員分析問題、解決問題有很好的借鑒作用。

變壓器；兩相接地短路；故障分析；對稱分量法

0 引言

繼電保護是保障電力設備安全和防止、限制電力系統長時間大面積停電的最基本、最重要、最有效的手段，對繼電保護實行全過程管理、提升專業技術人員故障分析水平、準確迅速判斷故障，已然成為目前繼電保護專業的重要工作。繼電保護動作分析的流程主要有信息收集、動作分析、現場處理、上報總結四大階段，繼電保護專業人員應具備如下基本技能以便于分析各種故障：①會理論計算和畫向量圖。②應會看錄波圖。本文對某發電公司#4A帶式輸送機運行過程中跳閘進行保護動作分析，并介紹不對稱故障的分析計算方法。

1 故障經過

2015年11月24日，某發電公司#4A帶式輸送機運行過程中跳閘，但監視畫面狀態顯示正常，現場檢查為#4A帶式輸送機開關（380V）過流脫扣保護動作；上級開關（6kV煤灰變高壓側開關）保護未動作；廠用電故障錄波裝置啟動錄波。繼電保護人員及時準備圖紙資料、搜集現場信息，進行故障分析后，判斷系動力電纜AB相接地短路導致開關瞬時過流保護動作脫扣，11月25日，電氣人員重新施放絕緣合格電纜后，電機試轉正常，輸煤系統恢復運行。該開關安裝于380V煤灰PCA段，由A煤灰變低壓側供電。

2 檢查與處理

（1）收集原始、完整信息。該階段主要收集現場微機型故障錄波器報告、微機保護打印報告(包括分板報告)、微機保護的整定值、當地監控系統報告、故障當時的系統運行情況、斷路器跳閘情況、故障相別、現場和運行記錄、故障時各種裝置特別是本保護裝置的動作信號記錄。

①廠用電故障錄波器啟動錄波，波形圖（如圖1）。

②#4A帶式輸送機開關面板顯示瞬時保護動作，動作實時電流為Ia=18kA，Ib=20kA，Ic=3440A。

查閱#4A皮帶機開關的保護定值單如下（表1）。

③6kVA煤灰變開關的保護定值單（表2）

圖1 6kV公用A段母線電壓、進線電流波形圖

表1

表2

④6kV公用A段進線電源開關的保護定值單（表3）

表3

（2）動作分析。對稱分量法分析不對稱故障的基本原理。電力系統中的短路故障大多數是不對稱的，不對稱短路時，故障點處的阻抗會產生變化，繼而基頻分量電流將不再對稱，而故障點以外的阻抗參數仍然對稱，因此考慮將故障點處的不對稱轉化成對稱系統，使被短路破壞了的三相電路轉化成對稱電路。首先，在原短路點人為接入三相不對稱電壓源，電壓源三相電壓與故障點處實際電壓大小相等、方向相反，這種情況與系統發生不對稱故障時的實際情況是等效的，即系統中發生的不對稱故障，可以用在故障點處接入一組不對稱電壓源來代替。

其次，再用對稱分量法將上述不對稱電壓源分解成正序、負序、零序三組對稱相量，分別進行計算，進而再將各相序分量疊加，得出短路時各相電流和電壓。災后，對各類不對稱故障的邊界條件進行分析求解，從而得出短路點處特殊相（與其他兩相不同的相別，比如AB相間故障時，特殊相取C相）的三序電壓和三序電流的關系，最終疊加的到三相真實的短路電流、短路電壓：

a.單相（A相）接地短路的邊界條件：

換算為特殊相（A相）的對稱分量表示為：

不難推算得：

b.兩相（BC相）相間短路的邊界條件：

c.兩相（BC相)接地短路的邊界條件：

d.對稱分量經變壓器后相位變化

參考【電力系統暫態分析】各序分量經星/三角變壓器后，必須分別轉動不同相位，對于Ydk（k為正序時三角形側電壓相量作為短時針所代表的鐘點數），相位變換關系如下：

（3）故障分析。

①#4A帶式輸送機開關脫扣器型號為MIC5.0P，短路電流（Ika=18kA，Ikb=20kA，Ikc=3440A）遠大于瞬時保護定值6400A，因此正確動作脫扣。

②6kV煤灰變開關綜合保護裝置型號MICOMP632，#4A帶式輸送機開關短路電流折算 至 6kV高 壓 側 為（Ika=1143A，Ikb=1270A，Ikc=218A），折算至電流互感器二次電流值為（Ika=19.1A，Ikb=21.2A，Ikc=3.6A），A、B相 短路電流達過流保護2段動作值，但#4A帶式輸送機開關保護瞬時動作，故障時間遠小于0.8s，因此6kV煤灰變開關綜合保護裝置可靠不動作。

③從保護動作記錄可以初步故障點在A、B兩相，然而，該故障是A、B相間短路還是A、B相接地短路呢？為進一步確定故障性質，繼電保護專業人員希望從波形圖為切入點進行分析：由于該公司低壓廠用電設備未納入電力故障錄波平臺，繼保人員決定參考6kV公用A段進線電流波形，發生故障期間，6kV公用A段進線電流是#4A帶式輸送機開關短路電流和段上其他負荷正常工作電流之和，從上述短路電流數據可以看出，短路電流遠大于負荷電流，因此以下分析中，不考慮負荷工作電流。

根據波形圖可以直觀地繪制出故障電流相量圖，如圖2所示。

首先我們假設故障性質為AB相間短路，那么利用對稱分量法，我們可以繪制出故障點處C相的電流序分量，經過轉換可得6kV側（A煤灰變高壓側）各相電流，如圖3所示。

圖2 故障錄波器實測6kV公用A段進線電流相量圖

圖3 變壓器星側ab相間短路時，三角形側電流相量圖

圖4 變壓器星側ab相接地短路時，三角形側電流相量圖

從圖中可以看出，換算至6kV側，A、C相電流大小相等，方向相同，并與B相電流方向相反，顯然，該相量圖與故障錄波器實測相量圖不一致，我們初步推斷故障性質為AB相接地短路。接下來，我們繪制AB相接地短路時，6kV側（A煤灰變高壓側）各相電流如圖4所示，可以看出該三相電流相量圖與實測相量圖一致。

（3）現場處理。明確故障性質后，電氣一次人員甩開電機口線后，分別搖測電機與電纜芯線對地和相間絕緣，搖測電機絕緣良好，A、B相絕緣均到零，C相絕緣3兆歐，判斷故障點在電纜側，該動力電纜長約270米，大部分敷設于電纜溝內，電氣人員分析兩天暴雨，導致電纜溝內積水，導致絕緣下降。電氣人員根據電纜敷設方式，權衡現場環境惡劣程度，從戶外著手查找，終于在距電機處電纜豎井約60米處的直角轉彎處發現了故障點，臨時處理后，恢復輸煤系統運行。第二天施放電纜，擇機更換。

3 結論

本文的論述直觀地展現了繼電保護動作分析步驟與方法，并且對采用對稱分量法分析不對稱故障進行了較為全面的探討。現場設備異常分析，不僅僅需要搜集完整的數據資料，保存完備的異常事故現場，描述準確的異常現象，業務技能完善的專業人員更是必不可缺。利用對稱分量法進行向量分析更是電力系統及設備的異常情況分析的有效途徑，也是專業技術人員必備的專業技能，應當受到高度的重視。繼電保護工作要求認真仔細、不斷學習的專業精神，日常隱患排查、異常分析也尤為重要，這些工作將潛移默化地引導專業人員不斷發現問題，解決問題，保護機組安全穩定運行。

[1]國家電力調度通信中心.電力系統繼電保護實用技術問答，2008.

[2]黃少鋒.電力系統故障分析.北京：中國電力出版社，2010.

[3]李光琦.電力系統暫態分析.北京：中國電力出版社，2007.

[4]張保會，尹項根.電力系統繼電保護.北京：中國電力出版社，2005.

[5]吳彥皎，王澎，孫剛.分析繼電保護不正確動作的主要步驟和方法，2004.

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1671-0711（2016）10（下）-0028-02