裴海玲，楊 軒

（國網(wǎng)寧夏電力有限公司中衛(wèi)供電公司，寧夏 中衛(wèi) 755000）

引言

在當前科學技術高速發(fā)展背景下，各領域發(fā)展對電力資源的依賴性不斷提升，因此，電力行業(yè)對電力工程建設及運維管理的重視程度逐年提高。然而受技術水平以及區(qū)域實際情況限制，部分山區(qū)供電系統(tǒng)存在線路長、安全等級低、易受自然環(huán)境因素影響等問題，因雷擊導致主變主保護動作異常情況屢見不鮮。更為嚴重的是，因接地電流侵入變壓器內部，擊穿高壓側繞組絕緣，并造成繞組匝間短路故障，相應區(qū)域內電力供應完全癱瘓，給生產生活造成嚴重破壞。因此，當前電力行業(yè)已經將提升供電系統(tǒng)穩(wěn)定性，構建完善的變壓器故障分析與處理體系作為主要研究內容。

1 變壓器差動保護概述

變壓器的差動保護作為變壓器的主保護，其主要功能為針對主變內部產生相間故障、接地故障以及各相引出線間故障進行保護。其實際工作過程中涉及以下幾個概念：

1）基波與諧波。在電力設備周期性震蕩中，與最長震動周期相等的正弦波分量即為基波。與基本頻率倍數(shù)相等的正弦波分波即為諧波。

2）勵磁涌流。勵磁涌流為變壓器在空載投運條件下建立磁場的電流，最為顯著的特征為具備顯著非周期分量且電流數(shù)值相對較大。

3）平衡系數(shù)。通常情況下，變壓器各側額定二次電流呈現(xiàn)出較為顯著的差異性。技術人員在實際工作中通過設置平衡系數(shù)，使變壓器運行過程中高低側的額定二次電流值一致[1]，確保差動保護正常運行。

設定變壓器高壓側、低壓側額定二次電流分別為4.6 A、3.8 A，在選擇高壓側作為基本側的情況下，則高壓側、低壓側平衡系數(shù)為Kph=4.6/4.6=1、Kpl=4.6/3.8=1.21，在對其進行平衡折算后，差動保護內部計算高壓側、低壓側額定二次電流分別為4.6×Kph=4.6 A、3.6×Kpl=4.6 A。在經過平衡這算處理后，保護內部計算用變壓器兩側額定二次電流相等，都等于基本側的額定二次電流。

從技術角度分析，差動保護基本原理為通過對被保護設備高壓側、低壓側電流的相位及數(shù)值大小進行橫向比對，達到保護的目的。其原理接線圖如圖1所示。

圖1 變壓器差動保護原理接線圖

差動保護動作原理為：設定保護差動電流、制動電流分別為Id、Ir，差動門檻定值、速斷定值分別設定為Icd、Isd，拐點1、拐點2及其比例系數(shù)分別為Ig1、K1和Ig2、K2。

當Ir＜Ig1時：

當Ig2＞Ir＞Ig1時：

Ir＞Ig2時：

變壓器實際運行過程中，只要滿足上述方程之一，即會產生保護動作出口。

現(xiàn)階段，差動保護基本采用單拐點，即使在雙拐點差動保護中，為確保測試簡便性，試驗開始前要將保護定值修改為：Ig1=Ig2、K1=K2，然后依照單拐點方式進行測試。

當Ig2＞Ir＞Ig1時：

2 案例概述

為深入探究變壓器主保護動作故障分析以及處理對策，本文選取實際案例進行具體分析。案例工程為某地區(qū)35 kV變電站，其建設位置處于山區(qū)地帶。2019年6月，該變電站在運行過程中遭遇雷擊天氣，變電站內的2號主變本體及開關重瓦斯動作、變壓器差動保護動作，導致主變兩側開關跳閘，全站陷入失壓狀態(tài)。依據(jù)現(xiàn)場工作人員報告，對主變保護測控裝置讀數(shù)顯示，主變差動電流為0.58 A、變壓器本體及開關重瓦斯保護啟動、2號主變油溫告警、泄壓閥處于啟動狀態(tài)、輕瓦斯未能及時告警。除此以外，運行人員還反映變壓器設備在保護跳閘前存在較為明顯的異常響動。

變電站在事故發(fā)生后組織技術人員對其進行檢查，最終結果顯示2號主變外表未出現(xiàn)明顯異常，高低壓側開關以及避雷器均未出現(xiàn)明顯損壞，站內避雷針接地阻值為0.9 Ω。技術人員在對變壓器繞組直流電阻進行檢測后發(fā)現(xiàn)，低壓側繞組電阻值為258～260 mΩ，而高壓側AB以及BC兩組繞組電阻值均＞2 kΩ，而AC組電阻值為4.05 Ω。

技術人員在充分結合檢測結果的基礎上，判斷故障部位在高壓側B相繞組中。為驗證此結論，技術人員于7月1日對變壓器進行詳細檢查，最終結果顯示，B相繞組兩處呈現(xiàn)出較為顯著的鼓起情況，鼓起部位分別位于上部導電桿連接部位以及分接開關，變壓器內部繞組燒毀后，有較為明顯的銅渣。

3 故障原因探究

由上述事故現(xiàn)象、保護數(shù)據(jù)以及變壓器檢查結果可知，設備高壓側B相繞組燒毀問題的原因為：雷電天氣下，設備外部線路遭受強雷擊，避雷器放電過程中形成單相接地故障，接地電流進入變壓器內部，產生弧光過電壓，造成高壓側B相繞組絕緣被擊穿，繞組匝間出現(xiàn)短路，最終導致繞組被燒毀。

從技術角度分析，因外部雷擊導致變壓器主保護動作，甚至導致內部繞組被燒毀的主要原因為：

1）該體系為一個小接地系統(tǒng)（不連接于變壓器的中性點）。這時，如果被一道閃電連續(xù)擊中一相，經過避雷裝置的放電，造成一次接地失效，那么，該斷路器就不能起作用了。由于在單相接地點出現(xiàn)的小接地，因此，系統(tǒng)在一定程度上具有接地能力。當然，當閃電劈在兩個或三個不同的地方，電路上的短路（或快速關閉）保護就會啟動，從而避免接地故障[2]。

2）室外的電線應該位于電源線（電源線安裝位置）的附近。當一條線路中的某一相被電擊后，由于開關箱不起作用，短路的電流沿著低電壓側的母線進入到變壓器的內部，從而造成了一次短路。因變壓器的中性點未接地，在變壓器內形成一道弧光過電壓，這種弧光過電壓有兩種危害：一是造成變壓器內部相間短路故障，引起變壓器主保護動作。二是擊穿故障相繞組的絕緣，進而發(fā)展成變壓器繞組匝間短路永久性故障[3]。這兩種危害都對變壓器線圈的絕緣造成了很大的損害，對變壓器安全運行構成了巨大的威脅。

對導線的輸出端點進行分析可知，避雷器的放電是瞬時進行的，而且電流的釋放速度要比其他的防護措施更高，正常的雷電不會引起接地失效。但是，當避雷器的放電能力很弱，或者接地網(wǎng)的接地不夠好，就不可能在短時間內完成，長時間的放電很可能導致單相短路。

當以上條件都符合時，就可以看作是一個帶有接地的小電流系統(tǒng)。當外部電線受到電擊后，地面的電流進入到變壓器的內部，從而導致變壓器的單相接地失效。

若地線電流進入到變壓器內，所產生的電弧過電壓繼續(xù)使其發(fā)生失效，從而導致線圈的絕緣破裂，產生線圈匝間短路，其幅度與接地電流的強弱有關。案例中35 kV變電所被擊中后，2號變壓器的主保護工作，使B相繞組的絕緣破裂，從而引發(fā)了線圈之間短路，燒毀了線圈。由此判斷，在10 kV的電力系統(tǒng)中，B相受到了雷擊。

4 解決措施

由上述分析結果可知，在以上條件同時具備的情況下，外部線路遭受雷擊，變壓器主保護產生動作，其偶發(fā)性特征較為顯著。變壓器內部出現(xiàn)侵入的接地電流，即使變壓器主保速斷動作均接近無時限，但在接地電流足夠大的情況下，變壓器內部會產生弧光過電壓，對繞組造成毀壞的同時，也會導致相繞組絕緣被擊穿，直接導致變壓器陷入癱瘓狀態(tài)。

為有效提升惡劣天氣條件下系統(tǒng)供電穩(wěn)定性，最大限度地降低因雷擊天氣導致的故障產生機率。技術人員工作中通過提升避雷器性能，確保線路遭受雷擊情況下的放電可靠性，從源頭上消除雷電波侵入通道。在避雷器產生放電不良并形成單相接地故障的情況下，應最大限度地降低或直接消除接地電流[4]。

技術人員針對案例電站的實際情況提出以下優(yōu)化對策：一是定期對案例中的35 kV變電站10 kV出線桿避雷器進行更換，同時強化雷雨季節(jié)條件下對避雷器的監(jiān)測力度，切實保障避雷器放電性能滿足實際使用需求。二是在對案例中35 kV變電站主變運行方式優(yōu)化可能性進行分析后，技術人員制定出經消弧線圈接地模式改建方案。將消弧線圈接地裝設與現(xiàn)有主變10 kV側繞組部分，通過消弧線圈產生的感性電流中和接地電流，從而最大限度地降低接地電流。計算出系統(tǒng)最大接地電流并選擇合適的消弧線圈，即使接地電流侵入變壓器內部，產生非常小的弧光過電壓，也不會造成弧光短路故障。

5 結語

在當前新時期背景下，社會生產生活對電力資源的依賴性不斷提升，因此，切實保障供電系統(tǒng)穩(wěn)定運行具有重要的現(xiàn)實意義。變電站作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，在確保電力系統(tǒng)平穩(wěn)、可靠運行方面發(fā)揮著重要作用。本文所研究案例，對變電站變壓器主保護動作故障進行研究，并提出相應的改進對策，可有效確保變電站可靠運行，具有推廣借鑒的價值。