牽引變電所變壓器故障分析和差動(dòng)保護(hù)

　　這篇變壓器論文發(fā)表了牽引變電所變壓器故障分析和差動(dòng)保護(hù)，隨著我國電氣化鐵路的飛速發(fā)展，牽引變壓器也從原業(yè)的Y/△-11接線方式優(yōu)化為以V/V接線和SCOTT接線為代表的接線方式。論文針對(duì)神朔鐵路管內(nèi)某牽引變電所差動(dòng)保護(hù)存在的問題進(jìn)行分析。

　　關(guān)鍵詞：變壓器論文,牽引變電所;V/V接線變壓器;差動(dòng)保護(hù);保護(hù)接線;整定原則

　　尤其是V/V接變壓器以利用率高而在直供和BT供電方式中被廣泛應(yīng)用。它的特點(diǎn)是由兩臺(tái)單相變壓器共軛組合在一起，組成三相變壓器。這種變壓器的特殊性也對(duì)差動(dòng)保護(hù)的接線及保護(hù)特點(diǎn)提出不同要求。

　　牽引變電所變壓器的故障一般分為油箱內(nèi)部故障和油箱外部故障兩種。所謂油箱內(nèi)部故障就是指變壓器油箱內(nèi)所發(fā)生的各種故障，如線圈間的相間短路、同相的匝間短路、鐵芯線圈燒損以及對(duì)外殼的接地等。油箱內(nèi)部故障時(shí)產(chǎn)生的電弧，會(huì)損壞變壓器繞組的絕緣層、燒損鐵芯，同時(shí)使絕緣材料和變壓器油受熱分解而產(chǎn)生大量氣體，如不迅速切除故障就有引起油箱爆炸的嚴(yán)重危險(xiǎn)。變壓器油箱外部故障主要指套管和引線發(fā)生的相間及接地短路故障。

　　電流差動(dòng)保護(hù)原理建立在基爾霍夫電流定律，當(dāng)被保護(hù)元件正常運(yùn)行或區(qū)外故障時(shí)，流入該設(shè)備的電流等于該元件的電流(乘以一個(gè)平衡系數(shù)后的電流)，這時(shí)差動(dòng)電流為零，差動(dòng)保護(hù)不動(dòng)作。當(dāng)被保護(hù)設(shè)備內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)，差動(dòng)電流大于差動(dòng)保護(hù)裝置的整定值時(shí)，保護(hù)動(dòng)作，將被保護(hù)設(shè)備的各側(cè)斷路器跳開，使故障設(shè)備斷開電源。差動(dòng)保護(hù)理論上具有絕對(duì)的選擇性，而且無需與其他保護(hù)元件配合，能靈敏、快速地切除兩流互之間的設(shè)備故障，所以在實(shí)際的保護(hù)中被廣泛的應(yīng)用。而比率制動(dòng)特性差動(dòng)電流定值隨制動(dòng)電流的增大隨某一比率的提高。使制動(dòng)電流在不平衡電流較大的外部故障時(shí)有制動(dòng)作用。而在內(nèi)部故障時(shí)，制動(dòng)作用最小。當(dāng)差動(dòng)回路的不平衡電流，它隨著短路電流的增大而增大。根據(jù)差動(dòng)回路接線方法的不同，在整定時(shí)，通過調(diào)整不平衡比例系數(shù)使得計(jì)算機(jī)在實(shí)時(shí)計(jì)算時(shí)的最小。

　　1 基本原理

　　以神朔鐵路沿線目前采用的成都交大許繼電氣有限責(zé)任公司生產(chǎn)的WBH-892Z主變主保護(hù)裝置作為牽引主變壓器的主保護(hù)為例。差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作特性分為兩段，即差動(dòng)速斷動(dòng)作區(qū)和比率差動(dòng)動(dòng)作區(qū)，差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作特性如圖1所示。

　　在圖1中，IDIFF為差動(dòng)速斷整定值，IDIFF為比率差動(dòng)整定值，I1、I2為制動(dòng)電流整定值，Kres1、Kres2為斜率。

　　1.1 差動(dòng)電流及制動(dòng)電流

　　將引入保護(hù)裝置的5路電流定義為 ，在變壓器正常運(yùn)行或外部故障情況下，5路電流有如式(1)所示的關(guān)系。

　　(1)式(1)中，KA1、KA2、KB1、KB2、KC1、KC2為高低壓側(cè)電流平衡系數(shù)�？梢愿鶕�(jù)實(shí)際情況設(shè)定這6個(gè)系數(shù)值，確定主變高低壓側(cè)電流的平衡關(guān)系。

　　當(dāng)變壓器內(nèi)部故障時(shí)，式(1)所示的關(guān)系將不成立，差動(dòng)電流按式(2)定義。

　　(2)在式(2)中，分別為A、B、C三相差動(dòng)電流。制動(dòng)電流按工(3)定義。

　　(3)在式(3)中，分別為A、B、C三相制動(dòng)電流。

　　1.2 電流平衡系數(shù)

　　平衡系數(shù)由變壓器類型、變壓器變比、電流互感器接線方式以及高低壓側(cè)CT變比決定。當(dāng)C相為中間相時(shí)電流平衡系數(shù)按表1計(jì)算。

　　在表1中，K定義為變壓器高低壓側(cè)繞組匝數(shù)比，即K=W1/W2，K的取值如表2所示。

　　2 整定計(jì)算原則

　　2.1 差動(dòng)速斷保護(hù)

　　按躲過牽引變壓器空載投入時(shí)或短路故障切除后電源電壓恢復(fù)正常時(shí)的最大勵(lì)磁涌流進(jìn)行整定(最大勵(lì)磁涌流按7～10倍變壓器額定電流計(jì)算，一般取為8倍)。

　　對(duì)于三相V/V接線牽引變壓器應(yīng)按相別分別進(jìn)行整定。

　　2.2 二次諧波閉鎖的比率差動(dòng)保護(hù)

　　(1)差動(dòng)電流保護(hù)應(yīng)可靠躲過區(qū)外故障最大不平衡電流，滿足靈敏度要求。(2)二次諧波閉鎖比例系數(shù)的整定按15%-20%進(jìn)行整定。(3)平衡系數(shù)的整定根據(jù)廠家說明書進(jìn)行計(jì)算。(4)制動(dòng)電流(拐點(diǎn))及制動(dòng)系數(shù)(斜率)：比率制動(dòng)一般有2段式、3段式，其中：I1為第一段比率制動(dòng)電流，一般設(shè)置為Ie×Kj/高壓側(cè)流互變比;I2為第二段比率制動(dòng)電流，一般設(shè)置為3Ie×Kj/高壓側(cè)流互變比;K1為第一段比率制動(dòng)系數(shù)，整定為0.3～0.5;K2為第二段比率制動(dòng)系數(shù)，整定為 0.5～0.7。

　　3 存在的問題

　　神朔線某牽引變電所重新整定VV接線變壓器差動(dòng)保護(hù)定值，在剛送電通車時(shí)2#主變B相差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，將主變倒至1#主變，B相差動(dòng)再次動(dòng)作。隨即對(duì)設(shè)備進(jìn)行了排查分析，分析如下：

　　一次設(shè)備檢查：(1)變壓器內(nèi)部無故障;(2)變壓器套管及引出線正常。

　　二次設(shè)備檢查：(1)電流互感器二次側(cè)無開路或短路;(2)直流無兩點(diǎn)接地;(3)保護(hù)裝置沒有誤動(dòng)作;(4)無二次接線錯(cuò)誤及定值整定錯(cuò)誤。

　　通過以上對(duì)設(shè)備排查，差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳閘原因分析，發(fā)現(xiàn)將兩主變的負(fù)荷相與接地相差動(dòng)保護(hù)二者間接反。

　　正常情況下，高壓側(cè)對(duì)應(yīng)低壓側(cè)，高壓側(cè)對(duì)應(yīng)低壓側(cè)，高壓側(cè)對(duì)應(yīng)低壓側(cè)接地相。當(dāng)變壓器正常運(yùn)行或保護(hù)區(qū)外部故障時(shí)，差動(dòng)電流為零，差動(dòng)保護(hù)不動(dòng)作。如果變壓器套管、引出線及內(nèi)部發(fā)生短路故障，流入保護(hù)裝置的差動(dòng)電流也就不再為零。差動(dòng)電流大于整定的電流值，差動(dòng)保護(hù)迅速動(dòng)作。然而變壓器高壓側(cè)相序要求面對(duì)出線方向，從左到右，按A、B、C相別排列的。而實(shí)際是按A、C、B相別排列，這時(shí)高壓側(cè)對(duì)應(yīng)低壓側(cè)，高壓側(cè)對(duì)應(yīng)低壓側(cè)接地相，高壓側(cè)對(duì)應(yīng)低側(cè)。

　　推薦閱讀：《變壓器》(月刊)創(chuàng)刊于1964年，由沈陽變壓器研究院主辦。主要刊載變壓器、互感器、電抗器和調(diào)壓器類產(chǎn)品的技術(shù)文獻(xiàn)資料。

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