高壓廠用變壓器低壓側(cè)短路故障過程分析

雅礱江流域水電開發(fā)有限公司 薛麗麗

四川管理職業(yè)學(xué)院 劉森林

摘要：近年來發(fā)電機(jī)容量不斷增大，機(jī)端電壓也不斷升高，廠用變壓器電壓和容量隨之增高，安裝要求也越來越高，故障率也有所增加，故大部分廠用變壓器也配置了全面保護(hù)。本文對針對廠用變壓器差動保護(hù)動作進(jìn)行了故障過程分析，供同行參考借鑒。

關(guān)鍵詞：變壓器;諧振;短路;動作分析

1高壓廠用變壓器(以下簡稱高廠變)保護(hù)配置情況

電廠使用的#2高廠變是由保定天威變壓器有限公司生產(chǎn)的型號為DC10-3150//3/20的三相干式變壓器，其低壓側(cè)電纜型號為ZA-YJV-3*240，為雙線并接。高廠變配置的保護(hù)包括：差動保護(hù)，過流保護(hù)(速斷、時限I及過負(fù)荷保護(hù))。另外，過流保護(hù)全部采用高壓側(cè)CT電流。

2保護(hù)動作分析及故障排查

2.1高廠變差動保護(hù)動作情況

某日監(jiān)控信號報：安裝間lOkV的901M/902M聯(lián)絡(luò)刀閘90102G柜報Ⅱ母母線接地報警;二號機(jī)組主變保護(hù)A屏廠變差動跳閘報警;二號機(jī)組主變保護(hù)B屏廠變差動跳閘報警;二號機(jī)組主變保護(hù)A屏廠變差動跳閘復(fù)歸;二號機(jī)組主變保護(hù)B屏廠變差動跳閘復(fù)歸。

2.2跳閘數(shù)據(jù)分析及故障排查

2.2.1故障排查

現(xiàn)場檢查二號機(jī)組兩套主變保護(hù)動作報告顯示：差動電流10.71e，制動電流5.351e，跳閘出口正確。檢查保護(hù)裝置采樣及回路正確。

檢查高廠變一次設(shè)備運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)#2高廠變低壓側(cè)10kV電纜頭(高廠變低壓側(cè)與lOkV開關(guān)之間)單相放電引起電纜著火，使電纜頭絕緣嚴(yán)重?zé)龘p。

調(diào)取#2母線洞工業(yè)電視視頻，發(fā)現(xiàn)在保護(hù)動作前幾分鐘#2高廠變內(nèi)部發(fā)出了火光，將高廠變頂部10kV電纜終端附近的膠墊引燃，然后持續(xù)燃燒直至保護(hù)動作跳閘。

2.2.2電壓諧振波形分析

現(xiàn)場檢查調(diào)取數(shù)據(jù)時，發(fā)現(xiàn)高廠變差動保護(hù)動怍前高廠變低壓側(cè)波形有畸變，如圖1所示。根據(jù)圖1波形數(shù)據(jù)分析，故障期間#2高廠變低壓側(cè)三相電壓及零序電壓最大瞬時值均超過100V，含有大量高次諧波，且故障過程中10kV二段PT柜內(nèi)微機(jī)消

圖2故障后電纜頭燒損情況(紅圈內(nèi)為故障相接地點(diǎn))諧裝置投入動作。初步分析此故障期間是由于lOkV電纜終端絕緣被燒損，導(dǎo)致電纜對地容抗參數(shù)發(fā)生變化，滿足諧振觸發(fā)條件進(jìn)而發(fā)生高頻諧振。微機(jī)消諧裝置投入后，諧振消失，電壓恢復(fù)正常。

2.2.3 #2高廠變低壓側(cè)短路故障分析

由于運(yùn)行值班人員在故障發(fā)生后的保護(hù)跳閘前期間拉開了#2高廠變低壓側(cè)10kV開關(guān)，此后的故障期間無法直接從故障錄波裝置上查看到#2高廠變低壓側(cè)的故障電壓和故障電流，只能通過#2高廠變高壓側(cè)電流推算低壓側(cè)故障電流。

2.2.4 #2高廠變低壓側(cè)相間短路電阻計(jì)算

由#2高廠變銘牌參數(shù)可知，高廠變?nèi)萘縎=9.45MVA，短路阻抗標(biāo)幺值XT=0.079，低壓側(cè)額定電壓U。=10.5kV，則#2高廠變低壓側(cè)發(fā)生金屬性短路時，其短路阻抗有名值Xl=XT×U。2/S-0.079×10.5×10.5×106/(9.45×106)=0.92 Q.

當(dāng)#2主變低壓側(cè)發(fā)生三相短路時，其高壓側(cè)故障電流標(biāo)幺值Ik(3)=6.OAx500/273=11，可計(jì)算出短路阻抗標(biāo)幺值XT’=1/1k(3)=1/11=0.091，則短路阻抗有名值Xl‘-XT‘XU。2/S= 0.091×10.5 X10.5 X10 6/(9.45 x106) =1.06Q.

由上述計(jì)算可知，當(dāng)#2高廠變低壓側(cè)發(fā)生三相短路故障時，其短路電阻與發(fā)生三相金屬性短路時電阻相當(dāng)，因此可以判斷#2高廠變低壓側(cè)發(fā)生了三相金屬性短路故障。

3故障原因分析

經(jīng)討論分析，此次故障的根本原因?yàn)楦邚S變廠家設(shè)計(jì)的變壓器低壓側(cè)電纜安裝固定方式不合理，安裝接線方式不合理，電纜頭位安裝工藝不到位，電纜主絕緣外層屏蔽未按照廠家工藝要求延伸至一定尺度的應(yīng)力錐段，造成電纜導(dǎo)體在箱體開孔位置的電場嚴(yán)重畸變，另屯纜設(shè)計(jì)布置的彎曲度過小進(jìn)一步加重了該處電場的畸變，導(dǎo)致該位置在帶電后出現(xiàn)局部放電，達(dá)到一定程度后絕緣嚴(yán)重下降，產(chǎn)生高頻諧振后放電擊穿，經(jīng)歷A相接地，A、C兩相短路，最終導(dǎo)致三相短路故障后高廠變差動動作跳開發(fā)電機(jī)出口開關(guān)。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉介才.工廠供電[M].5版，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

[2]陳謀關(guān)于35kV電壓互感器鐵磁諧振淺析[C].中國電工技術(shù)學(xué)會大電機(jī)專業(yè)委員會2014年學(xué)術(shù)年會論文集，2014.

[3]國家電力調(diào)度通信中心，國家電網(wǎng)公司繼電保護(hù)培訓(xùn)教材[M].北京：中國電力出版社，2009.