邱星星, 王 瑋, 許旵鵬, 廖叔洋, 張 浩, 王 浩, 奚霽仲

(國網(wǎng)安徽省電力有限公司超高壓分公司, 安徽 合肥 230009)

0 引言

電力變壓器是電力系統(tǒng)中十分重要的供電設(shè)備，因此針對(duì)變壓器的各種故障類型及不正常的運(yùn)行狀態(tài)，需配置相應(yīng)的保護(hù)，常見有差動(dòng)速斷和比率差動(dòng)保護(hù)。變壓器常見的故障分為繞組相間短路、繞組接地短路等，本文針對(duì)一起變電站內(nèi)2號(hào)站用變保護(hù)跳閘，通過分析裝置本身的動(dòng)作報(bào)文，結(jié)合故障錄波器的故障錄波信息，明確故障類型，快速定位故障點(diǎn)，減小故障影響范圍、縮短損失負(fù)荷時(shí)間。

1 事故經(jīng)過

1.1 事件簡述

2021年5月12日18時(shí)59分某變電站內(nèi)2號(hào)站用變保護(hù)動(dòng)作，與2號(hào)站用變相關(guān)的開關(guān)跳開?，F(xiàn)場運(yùn)維人員查看保護(hù)裝置動(dòng)作報(bào)文，發(fā)現(xiàn)故障發(fā)生27 ms后差動(dòng)速斷保護(hù)動(dòng)作、34 ms后比率差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。

1.2 現(xiàn)場處置

運(yùn)維人員在監(jiān)控后臺(tái)收到2號(hào)站用變保護(hù)動(dòng)作的告警報(bào)文，確認(rèn)開關(guān)已跳開，檢查保護(hù)裝置本身和2號(hào)站用變本體無明顯異常，2號(hào)站用變油色譜試驗(yàn)結(jié)果無異常。為快速定位故障，迅速向調(diào)度申請(qǐng)2號(hào)站用變轉(zhuǎn)檢修，進(jìn)行下一步檢查。

2 故障類型確認(rèn)及故障點(diǎn)定位分析

2.1 變電站2號(hào)站用變接線形式及保護(hù)配置

該變電站內(nèi)2號(hào)站用變高壓側(cè)電壓等級(jí)為110 kV，低壓側(cè)輸出電壓等級(jí)為380 V，由于電壓變比過大，現(xiàn)場按110 kV/35 kV的112B變壓器、35 kV/380 V變壓器串接構(gòu)成35 kV 2號(hào)站用變間隔，兩側(cè)均采用Y型接線。因高壓側(cè)發(fā)生故障時(shí)短路電流較大，在2號(hào)站用變高壓110 kV采用大變比、小變比兩組CT分別與低壓380V側(cè)CT構(gòu)成差動(dòng)保護(hù)，其中大變比CT為1 600/1、小變比CT為100/1，低壓側(cè)CT變比為4 000/1。現(xiàn)場一次接線圖如圖1所示。

圖1 一次接線圖

2.2 故障類型理論分析

現(xiàn)場2號(hào)站用變保護(hù)記錄數(shù)據(jù)如表1所示，為方便計(jì)算，將保護(hù)動(dòng)作時(shí)各相電流值整理如下：高壓側(cè)小變比CT三相電流值分別為

I

=2.56∠0° A、

I

=1.264∠180° A、

I

=1.289∠181° A；低壓側(cè)三相電流值分別為

I

=0.092∠10° A、

I

=0.134∠148° A、

I

=0.085∠288° A，比率差動(dòng)動(dòng)作三相差動(dòng)電流值為

I

=2.225 A、

I

=0.018 A、

I

=2.228 A，三相制動(dòng)電流為

I

=1.095 A、

I

=0.014 A、

I

=1.108 A。

表1 2號(hào)站用變保護(hù)動(dòng)作報(bào)告

2號(hào)站用變保護(hù)測錄故障時(shí)刻相關(guān)電流波形如圖2所示，通道7、通道8和通道9分別為高壓側(cè)小變比CT的三相電流值波形圖，從波形圖上看，通道7為A相電流，峰值約占用三格，每小格1.389 A，通道8為B相電流，峰值約占用三格，每小格0.69 A，通道15為C相電流，峰值約占用三格，每小格0.698 A，可以看出故障發(fā)生時(shí)B、C相電流大小幾乎相等、方向相同，A相電流值約為B相電流值的2倍，方向與B相相反。為簡化分析過程，設(shè)

I

=2

I

、

I

=

I

=-

I

。

圖2 故障錄波器波形圖

根據(jù)變壓器高壓側(cè)星型-角型接線的電流關(guān)系，結(jié)合高壓側(cè)星型接線CT測量到的電流值，按公式(1)～(3)計(jì)算得到高壓側(cè)角型接線三相繞組電流分別為，公式中

I

、

I

、

I

表示高壓側(cè)角形接線繞組的各相電流，

I

、

I

、

I

表示高壓側(cè)星形接線繞組的各相電流。

(1)

(2)

(3)

根據(jù)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，對(duì)應(yīng)發(fā)生故障是星型接線的電流值，角型接線的電流呈現(xiàn)結(jié)果是A、C相電流大小相等、方向相反，B相無電流值，這種現(xiàn)象滿足A、C相間短路的邊界條件，即發(fā)生相間故障的兩相故障電流大小相等，方向相反，非故障相故障電流為零。根據(jù)這個(gè)結(jié)果，推測可能是高壓側(cè)或者低壓側(cè)的角形接線的繞組出現(xiàn)了A、C相間短路，故障范圍為圖3中虛線框內(nèi)。為了確認(rèn)猜想，檢修人員對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)一步處理。

圖3 推測2號(hào)站用變故障范圍示意圖

(4)

(5)

(6)

根據(jù)保護(hù)裝置在故障發(fā)生時(shí)刻采樣到的高、低壓側(cè)的三相電流，計(jì)算對(duì)應(yīng)的差動(dòng)電流與制動(dòng)電流，與實(shí)際值對(duì)比。以A相計(jì)算為例，按公式(7)～(12):

低壓側(cè)折算到高壓側(cè)調(diào)整系數(shù):

(7)

高壓側(cè)參與差動(dòng)計(jì)算的電流值：

(8)

低壓側(cè)參與差動(dòng)計(jì)算的電流值

(9)

低壓側(cè)電流折算到高壓側(cè)為

(10)

(11)

(12)

理論計(jì)算結(jié)果與實(shí)際測量值比對(duì)如表2所示，其中

I

為差動(dòng)電流、

I

為制動(dòng)電流：

表2 理論計(jì)算結(jié)果與實(shí)際測量值

將理論分析計(jì)算得到的差動(dòng)電流、制動(dòng)電流與保護(hù)裝置測錄的故障時(shí)刻電流值進(jìn)行比對(duì)，三相差動(dòng)電流理論值與實(shí)際測量值最大誤差小于0.002 A，三相制動(dòng)電流理論值與實(shí)際測量值最大誤差小于0.001 A，這個(gè)誤差由保護(hù)裝置的測量誤差引起的，屬于正常現(xiàn)象。因此根據(jù)數(shù)據(jù)的分析計(jì)算，確認(rèn)故障為現(xiàn)場變壓器角形接線的繞組發(fā)生A、C相間短路，站內(nèi)三角形繞組接線形式如圖4所示。據(jù)此結(jié)論，檢修人員迅速定位故障點(diǎn)為112B站用變或35 kV 2號(hào)干式站用變角形接線繞組處。對(duì)112B站用變及35 kV 2號(hào)干式站用變角形接線繞組進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)35 kV 2號(hào)干式站用變?nèi)切卫@組C-A首尾連接桿變形，與A-B首尾連接桿距離過近，持續(xù)放電造成空氣絕緣被擊穿，引發(fā)A、C相間故障導(dǎo)致2號(hào)站用變跳閘，故障位置如圖5所示。

圖4 三角形接線方式

圖5 故障位置

3 故障處理

確認(rèn)故障是由于35 kV 2號(hào)干式站用變角形接線C-A首尾連接桿變形，導(dǎo)致與A-B首尾連接桿距離過近引發(fā)的，檢修人員通過專用絕緣工具修正C-A首尾連接桿位置，確保A-B首尾連接桿與C-A首尾連接桿之間安全距離達(dá)標(biāo)。處理完畢后，對(duì)110 kV 112B站用變、35 kV 2號(hào)干式站用變及相關(guān)電纜進(jìn)行絕緣檢查、耐壓試驗(yàn)等，結(jié)果均合格。

4 對(duì)二次設(shè)備檢修、基建驗(yàn)收工作的經(jīng)驗(yàn)

變壓器作為變電站的主要電氣設(shè)備之一，其是否正常運(yùn)行影響整個(gè)變電站的電壓狀態(tài)、附屬變電站的電壓狀態(tài)以及對(duì)負(fù)荷供電情況。重要變電站的變壓器跳閘，會(huì)引起附屬變電站失去交流電壓，導(dǎo)致大面積停電事故，因此變壓器投運(yùn)前的驗(yàn)收及發(fā)生故障時(shí)的快速定位處理都是至關(guān)重要的。

該1 000 kV變電站內(nèi)2號(hào)站用變跳閘事件的分析處理對(duì)同類型的事故處理有一定的參考意義，面對(duì)變電站內(nèi)突發(fā)故障，可按照以下思路進(jìn)行分析處理：

運(yùn)維人員在監(jiān)控后臺(tái)關(guān)注現(xiàn)場設(shè)備及保護(hù)裝置有無異常告警及事故跳閘的上送，發(fā)現(xiàn)告警信息第一時(shí)間檢查現(xiàn)場一次設(shè)備狀態(tài)及保護(hù)裝置報(bào)文記錄，確認(rèn)現(xiàn)場一次設(shè)備狀態(tài)與監(jiān)控后臺(tái)顯示一致，保護(hù)裝置動(dòng)作正確，進(jìn)行不停電相關(guān)檢查，如需停電檢查向調(diào)度申請(qǐng)一次設(shè)備轉(zhuǎn)檢修。

結(jié)合故障錄波器的波形及數(shù)據(jù)、保護(hù)裝置的動(dòng)作事件記錄，首先確認(rèn)故障類型，包括相間故障、單相接地故障、繞組的斷線故障等，利用不同故障類型邊界條件進(jìn)一步分析數(shù)據(jù)。通過對(duì)數(shù)據(jù)的計(jì)算分析，定位故障最大概率發(fā)生的位置。

定位故障大致范圍后，在現(xiàn)場設(shè)備區(qū)對(duì)故障范圍內(nèi)的一次設(shè)備進(jìn)行檢查，通過專業(yè)人員巡視結(jié)合專用絕緣檢查工具鎖定故障點(diǎn)并進(jìn)行處理。故障消除后，設(shè)備重新送電前需進(jìn)行功能試驗(yàn)測試，確保設(shè)備的各項(xiàng)性能均合格。

5 結(jié)語

該1 000 kV變電站內(nèi)的2號(hào)站用變跳閘是由其35 kV 2號(hào)干式站用變角形接線C-A首尾連接桿變形，導(dǎo)致與A-B首尾連接桿距離過近放電引起的。繞組首尾連接桿變形是2號(hào)站用變投運(yùn)前因施工造成的缺陷，由于投運(yùn)后2號(hào)站用變?nèi)匀徽＿\(yùn)行，導(dǎo)致在常規(guī)的巡視中難以發(fā)現(xiàn)。因此從這次的故障中我們應(yīng)該認(rèn)識(shí)到在變電站內(nèi)巡視設(shè)備時(shí)應(yīng)該更全面，對(duì)于前期正常運(yùn)行設(shè)備的巡視也不能忽視，突發(fā)故障時(shí)按照掌握后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)的告警信息、檢查保護(hù)設(shè)備的動(dòng)作事件報(bào)告、分析已有數(shù)據(jù)、定位故障點(diǎn)、處理故障的流程進(jìn)行，以專業(yè)的技術(shù)分析縮短故障處理時(shí)間，盡快恢復(fù)設(shè)備正常運(yùn)行。