陳京靜

（馬鞍山當(dāng)涂發(fā)電有限公司，安徽 馬鞍山 243102）

變壓器低壓側(cè)短路的保護(hù)動(dòng)作分析

陳京靜

（馬鞍山當(dāng)涂發(fā)電有限公司，安徽 馬鞍山 243102）

某發(fā)電公司#4A帶式輸送機(jī)開關(guān)過(guò)流保護(hù)動(dòng)作，繼電保護(hù)人員經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢查、數(shù)據(jù)收集、向量分析，迅速判斷出故障點(diǎn)。本文采用對(duì)稱分量法，分析了變壓器低壓側(cè)發(fā)生不對(duì)稱故障后，高壓側(cè)各序分量的的向量關(guān)系，對(duì)專業(yè)技術(shù)人員分析問(wèn)題、解決問(wèn)題有很好的借鑒作用。

變壓器；兩相接地短路；故障分析；對(duì)稱分量法

0 引言

繼電保護(hù)是保障電力設(shè)備安全和防止、限制電力系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間大面積停電的最基本、最重要、最有效的手段，對(duì)繼電保護(hù)實(shí)行全過(guò)程管理、提升專業(yè)技術(shù)人員故障分析水平、準(zhǔn)確迅速判斷故障，已然成為目前繼電保護(hù)專業(yè)的重要工作。繼電保護(hù)動(dòng)作分析的流程主要有信息收集、動(dòng)作分析、現(xiàn)場(chǎng)處理、上報(bào)總結(jié)四大階段，繼電保護(hù)專業(yè)人員應(yīng)具備如下基本技能以便于分析各種故障：①會(huì)理論計(jì)算和畫向量圖。②應(yīng)會(huì)看錄波圖。本文對(duì)某發(fā)電公司#4A帶式輸送機(jī)運(yùn)行過(guò)程中跳閘進(jìn)行保護(hù)動(dòng)作分析，并介紹不對(duì)稱故障的分析計(jì)算方法。

1 故障經(jīng)過(guò)

2015年11月24日，某發(fā)電公司#4A帶式輸送機(jī)運(yùn)行過(guò)程中跳閘，但監(jiān)視畫面狀態(tài)顯示正常，現(xiàn)場(chǎng)檢查為#4A帶式輸送機(jī)開關(guān)（380V）過(guò)流脫扣保護(hù)動(dòng)作；上級(jí)開關(guān)（6kV煤灰變高壓側(cè)開關(guān)）保護(hù)未動(dòng)作；廠用電故障錄波裝置啟動(dòng)錄波。繼電保護(hù)人員及時(shí)準(zhǔn)備圖紙資料、搜集現(xiàn)場(chǎng)信息，進(jìn)行故障分析后，判斷系動(dòng)力電纜AB相接地短路導(dǎo)致開關(guān)瞬時(shí)過(guò)流保護(hù)動(dòng)作脫扣，11月25日，電氣人員重新施放絕緣合格電纜后，電機(jī)試轉(zhuǎn)正常，輸煤系統(tǒng)恢復(fù)運(yùn)行。該開關(guān)安裝于380V煤灰PCA段，由A煤灰變低壓側(cè)供電。

2 檢查與處理

（1）收集原始、完整信息。該階段主要收集現(xiàn)場(chǎng)微機(jī)型故障錄波器報(bào)告、微機(jī)保護(hù)打印報(bào)告(包括分板報(bào)告)、微機(jī)保護(hù)的整定值、當(dāng)?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)報(bào)告、故障當(dāng)時(shí)的系統(tǒng)運(yùn)行情況、斷路器跳閘情況、故障相別、現(xiàn)場(chǎng)和運(yùn)行記錄、故障時(shí)各種裝置特別是本保護(hù)裝置的動(dòng)作信號(hào)記錄。

①?gòu)S用電故障錄波器啟動(dòng)錄波，波形圖（如圖1）。

②#4A帶式輸送機(jī)開關(guān)面板顯示瞬時(shí)保護(hù)動(dòng)作，動(dòng)作實(shí)時(shí)電流為Ia=18kA，Ib=20kA，Ic=3440A。

查閱#4A皮帶機(jī)開關(guān)的保護(hù)定值單如下（表1）。

③6kVA煤灰變開關(guān)的保護(hù)定值單（表2）

圖1 6kV公用A段母線電壓、進(jìn)線電流波形圖

表1

表2

④6kV公用A段進(jìn)線電源開關(guān)的保護(hù)定值單（表3）

表3

（2）動(dòng)作分析。對(duì)稱分量法分析不對(duì)稱故障的基本原理。電力系統(tǒng)中的短路故障大多數(shù)是不對(duì)稱的，不對(duì)稱短路時(shí)，故障點(diǎn)處的阻抗會(huì)產(chǎn)生變化，繼而基頻分量電流將不再對(duì)稱，而故障點(diǎn)以外的阻抗參數(shù)仍然對(duì)稱，因此考慮將故障點(diǎn)處的不對(duì)稱轉(zhuǎn)化成對(duì)稱系統(tǒng)，使被短路破壞了的三相電路轉(zhuǎn)化成對(duì)稱電路。首先，在原短路點(diǎn)人為接入三相不對(duì)稱電壓源，電壓源三相電壓與故障點(diǎn)處實(shí)際電壓大小相等、方向相反，這種情況與系統(tǒng)發(fā)生不對(duì)稱故障時(shí)的實(shí)際情況是等效的，即系統(tǒng)中發(fā)生的不對(duì)稱故障，可以用在故障點(diǎn)處接入一組不對(duì)稱電壓源來(lái)代替。

其次，再用對(duì)稱分量法將上述不對(duì)稱電壓源分解成正序、負(fù)序、零序三組對(duì)稱相量，分別進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)而再將各相序分量疊加，得出短路時(shí)各相電流和電壓。災(zāi)后，對(duì)各類不對(duì)稱故障的邊界條件進(jìn)行分析求解，從而得出短路點(diǎn)處特殊相（與其他兩相不同的相別，比如AB相間故障時(shí)，特殊相取C相）的三序電壓和三序電流的關(guān)系，最終疊加的到三相真實(shí)的短路電流、短路電壓：

a.單相（A相）接地短路的邊界條件：

換算為特殊相（A相）的對(duì)稱分量表示為：

不難推算得：

b.兩相（BC相）相間短路的邊界條件：

c.兩相（BC相)接地短路的邊界條件：

d.對(duì)稱分量經(jīng)變壓器后相位變化

參考【電力系統(tǒng)暫態(tài)分析】各序分量經(jīng)星/三角變壓器后，必須分別轉(zhuǎn)動(dòng)不同相位，對(duì)于Ydk（k為正序時(shí)三角形側(cè)電壓相量作為短時(shí)針?biāo)淼溺婞c(diǎn)數(shù)），相位變換關(guān)系如下：

（3）故障分析。

①#4A帶式輸送機(jī)開關(guān)脫扣器型號(hào)為MIC5.0P，短路電流（Ika=18kA，Ikb=20kA，Ikc=3440A）遠(yuǎn)大于瞬時(shí)保護(hù)定值6400A，因此正確動(dòng)作脫扣。

②6kV煤灰變開關(guān)綜合保護(hù)裝置型號(hào)MICOMP632，#4A帶式輸送機(jī)開關(guān)短路電流折算 至 6kV高 壓 側(cè) 為（Ika=1143A，Ikb=1270A，Ikc=218A），折算至電流互感器二次電流值為（Ika=19.1A，Ikb=21.2A，Ikc=3.6A），A、B相 短路電流達(dá)過(guò)流保護(hù)2段動(dòng)作值，但#4A帶式輸送機(jī)開關(guān)保護(hù)瞬時(shí)動(dòng)作，故障時(shí)間遠(yuǎn)小于0.8s，因此6kV煤灰變開關(guān)綜合保護(hù)裝置可靠不動(dòng)作。

③從保護(hù)動(dòng)作記錄可以初步故障點(diǎn)在A、B兩相，然而，該故障是A、B相間短路還是A、B相接地短路呢？為進(jìn)一步確定故障性質(zhì)，繼電保護(hù)專業(yè)人員希望從波形圖為切入點(diǎn)進(jìn)行分析：由于該公司低壓廠用電設(shè)備未納入電力故障錄波平臺(tái)，繼保人員決定參考6kV公用A段進(jìn)線電流波形，發(fā)生故障期間，6kV公用A段進(jìn)線電流是#4A帶式輸送機(jī)開關(guān)短路電流和段上其他負(fù)荷正常工作電流之和，從上述短路電流數(shù)據(jù)可以看出，短路電流遠(yuǎn)大于負(fù)荷電流，因此以下分析中，不考慮負(fù)荷工作電流。

根據(jù)波形圖可以直觀地繪制出故障電流相量圖，如圖2所示。

首先我們假設(shè)故障性質(zhì)為AB相間短路，那么利用對(duì)稱分量法，我們可以繪制出故障點(diǎn)處C相的電流序分量，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換可得6kV側(cè)（A煤灰變高壓側(cè)）各相電流，如圖3所示。

圖2 故障錄波器實(shí)測(cè)6kV公用A段進(jìn)線電流相量圖

圖3 變壓器星側(cè)ab相間短路時(shí)，三角形側(cè)電流相量圖

圖4 變壓器星側(cè)ab相接地短路時(shí)，三角形側(cè)電流相量圖

從圖中可以看出，換算至6kV側(cè)，A、C相電流大小相等，方向相同，并與B相電流方向相反，顯然，該相量圖與故障錄波器實(shí)測(cè)相量圖不一致，我們初步推斷故障性質(zhì)為AB相接地短路。接下來(lái)，我們繪制AB相接地短路時(shí)，6kV側(cè)（A煤灰變高壓側(cè)）各相電流如圖4所示，可以看出該三相電流相量圖與實(shí)測(cè)相量圖一致。

（3）現(xiàn)場(chǎng)處理。明確故障性質(zhì)后，電氣一次人員甩開電機(jī)口線后，分別搖測(cè)電機(jī)與電纜芯線對(duì)地和相間絕緣，搖測(cè)電機(jī)絕緣良好，A、B相絕緣均到零，C相絕緣3兆歐，判斷故障點(diǎn)在電纜側(cè)，該動(dòng)力電纜長(zhǎng)約270米，大部分敷設(shè)于電纜溝內(nèi)，電氣人員分析兩天暴雨，導(dǎo)致電纜溝內(nèi)積水，導(dǎo)致絕緣下降。電氣人員根據(jù)電纜敷設(shè)方式，權(quán)衡現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣程度，從戶外著手查找，終于在距電機(jī)處電纜豎井約60米處的直角轉(zhuǎn)彎處發(fā)現(xiàn)了故障點(diǎn)，臨時(shí)處理后，恢復(fù)輸煤系統(tǒng)運(yùn)行。第二天施放電纜，擇機(jī)更換。

3 結(jié)論

本文的論述直觀地展現(xiàn)了繼電保護(hù)動(dòng)作分析步驟與方法，并且對(duì)采用對(duì)稱分量法分析不對(duì)稱故障進(jìn)行了較為全面的探討?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備異常分析，不僅僅需要搜集完整的數(shù)據(jù)資料，保存完備的異常事故現(xiàn)場(chǎng)，描述準(zhǔn)確的異?，F(xiàn)象，業(yè)務(wù)技能完善的專業(yè)人員更是必不可缺。利用對(duì)稱分量法進(jìn)行向量分析更是電力系統(tǒng)及設(shè)備的異常情況分析的有效途徑，也是專業(yè)技術(shù)人員必備的專業(yè)技能，應(yīng)當(dāng)受到高度的重視。繼電保護(hù)工作要求認(rèn)真仔細(xì)、不斷學(xué)習(xí)的專業(yè)精神，日常隱患排查、異常分析也尤為重要，這些工作將潛移默化地引導(dǎo)專業(yè)人員不斷發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解決問(wèn)題，保護(hù)機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

[1]國(guó)家電力調(diào)度通信中心.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)實(shí)用技術(shù)問(wèn)答，2008.

[2]黃少鋒.電力系統(tǒng)故障分析.北京：中國(guó)電力出版社，2010.

[3]李光琦.電力系統(tǒng)暫態(tài)分析.北京：中國(guó)電力出版社，2007.

[4]張保會(huì)，尹項(xiàng)根.電力系統(tǒng)繼電保護(hù).北京：中國(guó)電力出版社，2005.

[5]吳彥皎，王澎，孫剛.分析繼電保護(hù)不正確動(dòng)作的主要步驟和方法，2004.

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