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(dāng)前科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展背景下，各領(lǐng)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(shè)及運(yùn)維管理的重視程度逐年提高。然而受技術(shù)水平以及區(qū)域?qū)嶋H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(dǎo)致主變主保護(hù)動作異常情況屢見不鮮。更為嚴(yán)重的是，因接地電流侵入變壓器內(nèi)部，擊穿高壓側(cè)繞組絕緣，并造成繞組匝間短路故障，相應(yīng)區(qū)域內(nèi)電力供應(yīng)完全癱瘓，給生產(chǎn)生活造成嚴(yán)重破壞。因此，當(dāng)前電力行業(yè)已經(jīng)將提升供電系統(tǒng)穩(wěn)定性，構(gòu)建完善的變壓器故障分析與處理體系作為主要研究內(nèi)容。

1 變壓器差動保護(hù)概述

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

1）基波與諧波。在電力設(shè)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(yùn)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(cè)額定二次電流呈現(xiàn)出較為顯著的差異性。技術(shù)人員在實(shí)際工作中通過設(shè)置平衡系數(shù)，使變壓器運(yùn)行過程中高低側(cè)的額定二次電流值一致[1]，確保差動保護(hù)正常運(yùn)行。

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

從技術(shù)角度分析，差動保護(hù)基本原理為通過對被保護(hù)設(shè)備高壓側(cè)、低壓側(cè)電流的相位及數(shù)值大小進(jìn)行橫向比對，達(dá)到保護(hù)的目的。其原理接線圖如圖1所示。

圖1 變壓器差動保護(hù)原理接線圖

差動保護(hù)動作原理為：設(shè)定保護(hù)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(shè)定為Icd、Isd，拐點(diǎn)1、拐點(diǎn)2及其比例系數(shù)分別為Ig1、K1和Ig2、K2。

當(dāng)Ir＜Ig1時：

當(dāng)Ig2＞Ir＞Ig1時：

Ir＞Ig2時：

變壓器實(shí)際運(yùn)行過程中，只要滿足上述方程之一，即會產(chǎn)生保護(hù)動作出口。

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

當(dāng)Ig2＞Ir＞Ig1時：

2 案例概述

為深入探究變壓器主保護(hù)動作故障分析以及處理對策，本文選取實(shí)際案例進(jìn)行具體分析。案例工程為某地區(qū)35 kV變電站，其建設(shè)位置處于山區(qū)地帶。2019年6月，該變電站在運(yùn)行過程中遭遇雷擊天氣，變電站內(nèi)的2號主變本體及開關(guān)重瓦斯動作、變壓器差動保護(hù)動作，導(dǎo)致主變兩側(cè)開關(guān)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(hù)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(guān)重瓦斯保護(hù)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(yùn)行人員還反映變壓器設(shè)備在保護(hù)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(shù)人員對其進(jìn)行檢查，最終結(jié)果顯示2號主變外表未出現(xiàn)明顯異常，高低壓側(cè)開關(guān)以及避雷器均未出現(xiàn)明顯損壞，站內(nèi)避雷針接地阻值為0.9 Ω。技術(shù)人員在對變壓器繞組直流電阻進(jìn)行檢測后發(fā)現(xiàn)，低壓側(cè)繞組電阻值為258～260 mΩ，而高壓側(cè)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(shù)人員在充分結(jié)合檢測結(jié)果的基礎(chǔ)上，判斷故障部位在高壓側(cè)B相繞組中。為驗證此結(jié)論，技術(shù)人員于7月1日對變壓器進(jìn)行詳細(xì)檢查，最終結(jié)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(dǎo)電桿連接部位以及分接開關(guān)，變壓器內(nèi)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(hù)數(shù)據(jù)以及變壓器檢查結(jié)果可知，設(shè)備高壓側(cè)B相繞組燒毀問題的原因為：雷電天氣下，設(shè)備外部線路遭受強(qiáng)雷擊，避雷器放電過程中形成單相接地故障，接地電流進(jìn)入變壓器內(nèi)部，產(chǎn)生弧光過電壓，造成高壓側(cè)B相繞組絕緣被擊穿，繞組匝間出現(xiàn)短路，最終導(dǎo)致繞組被燒毀。

從技術(shù)角度分析，因外部雷擊導(dǎo)致變壓器主保護(hù)動作，甚至導(dǎo)致內(nèi)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(diǎn)）。這時，如果被一道閃電連續(xù)擊中一相，經(jīng)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(diǎn)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(dāng)然，當(dāng)閃電劈在兩個或三個不同的地方，電路上的短路（或快速關(guān)閉）保護(hù)就會啟動，從而避免接地故障[2]。

2）室外的電線應(yīng)該位于電源線（電源線安裝位置）的附近。當(dāng)一條線路中的某一相被電擊后，由于開關(guān)箱不起作用，短路的電流沿著低電壓側(cè)的母線進(jìn)入到變壓器的內(nèi)部，從而造成了一次短路。因變壓器的中性點(diǎn)未接地，在變壓器內(nèi)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(nèi)部相間短路故障，引起變壓器主保護(hù)動作。二是擊穿故障相繞組的絕緣，進(jìn)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(yùn)行構(gòu)成了巨大的威脅。

對導(dǎo)線的輸出端點(diǎn)進(jìn)行分析可知，避雷器的放電是瞬時進(jìn)行的，而且電流的釋放速度要比其他的防護(hù)措施更高，正常的雷電不會引起接地失效。但是，當(dāng)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(nèi)完成，長時間的放電很可能導(dǎo)致單相短路。

當(dāng)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(dāng)外部電線受到電擊后，地面的電流進(jìn)入到變壓器的內(nèi)部，從而導(dǎo)致變壓器的單相接地失效。

若地線電流進(jìn)入到變壓器內(nèi)，所產(chǎn)生的電弧過電壓繼續(xù)使其發(fā)生失效，從而導(dǎo)致線圈的絕緣破裂，產(chǎn)生線圈匝間短路，其幅度與接地電流的強(qiáng)弱有關(guān)。案例中35 kV變電所被擊中后，2號變壓器的主保護(hù)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(jié)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(hù)產(chǎn)生動作，其偶發(fā)性特征較為顯著。變壓器內(nèi)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(nèi)部會產(chǎn)生弧光過電壓，對繞組造成毀壞的同時，也會導(dǎo)致相繞組絕緣被擊穿，直接導(dǎo)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(dǎo)致的故障產(chǎn)生機(jī)率。技術(shù)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(chǎn)生放電不良并形成單相接地故障的情況下，應(yīng)最大限度地降低或直接消除接地電流[4]。

技術(shù)人員針對案例電站的實(shí)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(jìn)行更換，同時強(qiáng)化雷雨季節(jié)條件下對避雷器的監(jiān)測力度，切實(shí)保障避雷器放電性能滿足實(shí)際使用需求。二是在對案例中35 kV變電站主變運(yùn)行方式優(yōu)化可能性進(jìn)行分析后，技術(shù)人員制定出經(jīng)消弧線圈接地模式改建方案。將消弧線圈接地裝設(shè)與現(xiàn)有主變10 kV側(cè)繞組部分，通過消弧線圈產(chǎn)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(nèi)部，產(chǎn)生非常小的弧光過電壓，也不會造成弧光短路故障。

5 結(jié)語

在當(dāng)前新時期背景下，社會生產(chǎn)生活對電力資源的依賴性不斷提升，因此，切實(shí)保障供電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行具有重要的現(xiàn)實(shí)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(yùn)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(hù)動作故障進(jìn)行研究，并提出相應(yīng)的改進(jìn)對策，可有效確保變電站可靠運(yùn)行，具有推廣借鑒的價值。