肖世輝，李 瑞

（中鐵電氣化局，1.工程師，2.高級(jí)工程師，天津 300380）

1 設(shè)備情況

京滬高鐵李營牽引變電所位于京滬高速鐵路的K 9+333處，為直供加回流的供電模式，承擔(dān)著為京滬高鐵正線（里程為K 5—K 19）、北京動(dòng)車所和走行線的供電任務(wù)。李營牽引變電所的設(shè)備結(jié)構(gòu)包括主變壓器，其接線方式為VV 形式，電壓變換等級(jí)為220 KV/27.5 KV，設(shè)備廠家為新疆特變；高壓側(cè)CT（電流互感器）變比為800/1，低壓側(cè)CT變比為2 500/1；進(jìn)線側(cè)電壓等級(jí)為220 KV，整體結(jié)構(gòu)為全密封的SF6 GIS 組合電器設(shè)備，設(shè)備廠家分別為220 KV 的蘇州阿?，m和27.5 KV的廈門ABB；微機(jī)保護(hù)裝置型號(hào)為TA 21綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，設(shè)備廠家為成都交大許繼有限公司。李營牽引變電所主接線形式如圖1所示。

圖1 李營牽引變電所主接線示意圖

2 故障簡介

李營牽引變電所于2012年6月23日21：15：36，1、3#主變主保護(hù)裝置比率差動(dòng)元件和差速斷元件保護(hù)動(dòng)作，同時(shí)1、3#主變后備保護(hù)裝置1#B 壓力釋放保護(hù)動(dòng)作，備自投成功。為了查清故障原因，我們注意到故障發(fā)生時(shí)天氣情況為雷陣雨，有大風(fēng)；首先查閱了相關(guān)故障報(bào)文，記錄如下：

故障序號(hào)：21

故障時(shí)間：2012-06-23 21：15：36.823

報(bào)告類型：變壓器主保護(hù)

主變號(hào)：1,3號(hào)主變

跳閘標(biāo)志：跳閘

故障動(dòng)作：差動(dòng)速斷元件動(dòng)作,比率差動(dòng)元件動(dòng)

UAB：101.23 V；UBC：104.32 V；UCA：103.57 V；

IA：1.47 A；IB：1.47 A；IC：0.00 A；Iα：0.01A；

Iβ：0.00 A

事件1：1 ms A相差動(dòng)啟動(dòng)I=1.46 A

事件2：1 ms B相差動(dòng)啟動(dòng)I=1.47 A

事件3：2 ms A相差動(dòng)速斷啟動(dòng)I=1.46 A

事件4：4 ms A相差動(dòng)出口I=1.47 A

事件5：4 ms B相差動(dòng)出口I=1.47 A

事件6：74 ms A相差動(dòng)返回I=1.30 A

事件7：74 ms B相差動(dòng)返回I=1.30 A

事件8：75 ms A相差動(dòng)速斷返回I=1.30 A

故障序號(hào)：64

故障時(shí)間：2012-06-23 21：15：36.888

報(bào)告類型：變壓器后備保護(hù)

主變號(hào)：1,3號(hào)主變

跳閘標(biāo)志：跳閘

故障動(dòng)作：（AT）壓力釋放1/（BT）壓力釋放

IA：669 A；IB：575 A；IC：0A；Iα：6 A；Iβ：0A；

Uα：0.35 KV；Uβ：1.72 KV

事件1：0 ms B相過負(fù)荷Ⅰ段啟動(dòng)I=245 A

事件2：1 ms B相過電流啟動(dòng)I=493 A

事件3：2 ms A相過負(fù)荷Ⅱ段啟動(dòng)I=620 A

事件4：2 ms B相過負(fù)荷Ⅱ段啟動(dòng)I=493 A

事件5：3 ms A相過負(fù)荷Ⅰ段啟動(dòng)I=620 A

事件6：4 ms α相過電流啟動(dòng)I=7 005 A

事件7：5 ms A相低壓啟動(dòng)U=16.32 KV

事件8：5 ms A相過電流啟動(dòng)I=834 A

事件9：84 ms α相過電流返回I=1 572 A

事件10：145 ms B相低壓啟動(dòng)U=16.43 KV

事件11：165 ms 壓力釋放1出口

事件12：193 ms A相過電流返回I=332 A

事件13：194 ms A相過負(fù)荷Ⅱ段返回I=152 A

事件14：195 ms A相過負(fù)荷Ⅰ段返回I=152 A

事件15：195 ms B相過負(fù)荷Ⅰ段返回I=74 A

事件16：197 ms B相過電流返回I=2 A

事件17：198 ms B相過負(fù)荷Ⅱ段返回I=2 A

同時(shí)，我們還查閱了故障錄波圖形，分別見圖2和圖3所示：

圖2 后備保護(hù)裝置故障錄波示意圖

圖3 主變主保護(hù)故障錄波示意圖

3 保護(hù)原理

牽引變壓器的保護(hù)分為電量保護(hù)和非電量保護(hù)，其中電量保護(hù)中的差動(dòng)保護(hù)由于具有延時(shí)短和反應(yīng)靈敏等特點(diǎn)，作為牽引變壓器的主保護(hù)。差動(dòng)保護(hù)是依據(jù)基爾霍夫KCL定律即，它表示變壓器側(cè)電流的向量和為零，其物理意義是：當(dāng)變壓器正常運(yùn)行或外部故障時(shí)，若忽略勵(lì)磁電流損耗及其他損耗，則流入變壓器的電流等于流出變壓器的電流；當(dāng)變壓器內(nèi)部有故障時(shí)，則流進(jìn)變壓器的電流不等于流出變壓器的電流，其差動(dòng)保護(hù)元件動(dòng)作，切除故障變壓器。

李營牽引變電所使用的主變主保護(hù)裝置型號(hào)為WBH-892Z，主變后備保護(hù)裝置型號(hào)為WBH-892H。

1)主變主保護(hù)裝置為WBH-892Z保護(hù)裝置。為了便于表達(dá)相關(guān)原理，現(xiàn)將主變高壓側(cè)引入保護(hù)裝置的電流統(tǒng)一用表示，將主變低壓側(cè)引入保護(hù)裝置的電流折算到主變高壓側(cè)的電流用表示。

對于V/V接線變壓器有：

V/V接線變壓器電流平衡關(guān)系：

則差動(dòng)電流為：

制動(dòng)電流為：

變壓器三相差動(dòng)保護(hù)采用具有比率制動(dòng)特性的差動(dòng)保護(hù)，特性曲線如圖4所示。

圖4 比率制動(dòng)特性曲線

比率差動(dòng)保護(hù)判據(jù)為：

式中：ICD為差動(dòng)電流；IZD為制動(dòng)電流；IDZ為差動(dòng)電流整定值；I1為制動(dòng)電流I段整定值；I2為制動(dòng)電流Ⅱ段整定值；K1為I 段比率制動(dòng)系數(shù)；K2為II段比率制動(dòng)系數(shù)。

2)主變后備保護(hù)裝置WBH-892 H 保護(hù)裝置中設(shè)有非電量保護(hù)，可實(shí)現(xiàn)變壓器重瓦斯、輕瓦斯、溫度I和II段、油位高和低、壓為釋放、油壓速動(dòng)等各種非電量信號(hào)的出口跳閘或信號(hào)指示功能，另外可以根據(jù)需要設(shè)置低電壓啟動(dòng)過電流保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)和零序過電流（電壓）等電量保護(hù)。

4 故障分析

4.1 饋線保護(hù)未啟動(dòng)跳閘原因分析 從圖2 可以看出主變低壓側(cè)Iα電流，突然從正常值大幅升高至5 100 A 左右，且母線電壓Uα大幅降低至16 KV 左右，說明其相關(guān)α 饋線側(cè)出現(xiàn)了短路接地故障，但由于未達(dá)到α饋線開關(guān)跳閘條件（饋線保護(hù)有阻抗I、II段距離保護(hù)和過電流保護(hù)），主要原因是跳閘延時(shí)未達(dá)要求（從圖2 可以看出大電流只持續(xù)了三個(gè)半周波約為0.07 S，而從相關(guān)定值單可得出延時(shí)最短的也為0.1 S），所以相關(guān)饋線保護(hù)裝置雖啟動(dòng)，但無任何保護(hù)功能出口引起饋線開關(guān)跳閘。

4.2 主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作原因分析 利用相關(guān)數(shù)據(jù)通過公式2可得出其平衡系數(shù)為KPH=2.56，然后從圖3 得出的數(shù)據(jù)和故障報(bào)文上給出的數(shù)值利用公式（3）和公式（4）得出ICDA=1.46A ＞ISD，滿足公式5 的相關(guān)保護(hù)跳閘判據(jù)，所以差動(dòng)速斷元件動(dòng)作,比率差動(dòng)元件動(dòng)作。

初步結(jié)論：由于主變后備保護(hù)1#主變壓力釋放保護(hù)動(dòng)作，且綜合以上數(shù)據(jù)綜合分析，因此可以初步判定由于主變外部的α饋線側(cè)受到雷雨大風(fēng)天氣的影響產(chǎn)生了接地短路故障，進(jìn)而引發(fā)了1#主變內(nèi)部發(fā)生了接地短路故障。

5 故障原因

經(jīng)現(xiàn)場技術(shù)、檢修人員和變壓器廠家聯(lián)合檢查確認(rèn)，發(fā)現(xiàn)1#主變低壓側(cè)a 套管的連接銅棒與主變繞組的引出線壓接部分的連接螺栓未壓緊，且此處有明顯的放電燒傷痕跡，因此得出以下結(jié)論：由于雷雨大風(fēng)天氣對接觸網(wǎng)線路的影響，α饋線側(cè)出現(xiàn)了接地短路故障，因此1#主變低壓側(cè)產(chǎn)生了大電流。由于此電流電動(dòng)力的作用，促使主變低壓側(cè)a 套管處的繞組和金屬導(dǎo)體未壓接的連接處產(chǎn)生大范圍的電動(dòng)力振動(dòng)，使得連接處對主變外殼絕緣距離不足，造成導(dǎo)體部分對主變外殼產(chǎn)生了放電現(xiàn)象，從而使得主變差動(dòng)速斷和比率差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。

另外由于此次放電產(chǎn)生的電弧對變壓器絕緣油進(jìn)行的分解作用，也使得1#主變的壓力釋放保護(hù)繼電器動(dòng)作。

6 結(jié)束語

京滬高鐵作為中國高鐵走向世界的名片，社會(huì)影響和政治影響極其巨大。其中牽引變壓器作為牽引供電系統(tǒng)中的核心設(shè)備，且在單體設(shè)備中造價(jià)最高，它的安全運(yùn)行和牽引供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行關(guān)乎重大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，為此，很多經(jīng)驗(yàn)還需要好好地總結(jié)和積累，各種各樣的問題也需要系統(tǒng)地分析歸納，希望此文能為相關(guān)檢修和技術(shù)人員探索更加有效防范牽引變壓器故障、確保高鐵運(yùn)行安全的方法，起到參考和借鑒作用。