石桂兵 中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司調(diào)度所

隨著我國高速鐵路建設(shè)的快速發(fā)展，V/X接線變壓器作為新型的變壓器已經(jīng)在京滬高鐵、滬杭高鐵、合福高鐵等牽引變電所大量投入使用，因V/X接線方式的特殊性，其差動保護(hù)裝置的設(shè)置與常規(guī)接線變壓器設(shè)置不同，也出現(xiàn)了除常規(guī)的變壓器內(nèi)部故障、CT內(nèi)故障外，由外部原因引起的差動保護(hù)動作情況的特殊問題。

1 故障概況

XX年XX月XX日，合福線柴林橋牽引所1號、3號差動保護(hù)動作，自動投切至2#進(jìn)線帶2號、4號運(yùn)行。故障發(fā)生后，現(xiàn)場人員首先對1號、3號主變一次設(shè)備進(jìn)行了規(guī)定項(xiàng)目測試，對差動保護(hù)整定值及保護(hù)裝置進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，未發(fā)現(xiàn)任何問題，對跳閘數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，滿足差動保護(hù)啟動條件。經(jīng)對跳閘時故障錄波圖進(jìn)行分析，判斷此次跳閘的原因?yàn)檫M(jìn)線電源故障。

2 原因分析

2.1 V/X接線主變差動保護(hù)原理

牽引變壓器差動保護(hù)主要保護(hù)變壓器內(nèi)部、套管，以及引出線上多相短路、層間短路、接地短路故障，保護(hù)范圍是變壓器一次側(cè)、二次側(cè)電流互感器之間的設(shè)備。V/X接線主變差動保護(hù)裝置接線如圖1所示，地方供電公司進(jìn)線電源A、B、C三相引入，1號主變引入AC相，3號主變引入CB相，其中C相為公共相，一次側(cè)電流分別用IA、IB、IC表示。二次側(cè)采用X形式，二次側(cè)電流Iα為IMT、IMF的合成電流，Iβ為ITF、ITT的合成電流。ICD為本變壓器負(fù)載相差動電流，IZD為制動電流；ICDG為本變壓器公共相差動電流，IZDG為制動電流。為實(shí)現(xiàn)高、低壓側(cè)之間的差動電流平衡，電流由低壓側(cè)向高壓側(cè)平衡。平衡關(guān)系為：

其中1/KPH=nT2/KnT1，nT1為變壓器高壓側(cè)電流互感器變比；nT2為變壓器低壓側(cè)電流互感器變比；K為變壓器高低壓側(cè)繞組匝數(shù)比。以A相、公共相C計算為例：

A 相差動電流 Icd為：ICD=|IA-Iα′|；

A 相制動電流 Izd為：IZD=|IA+Iα′|/2；

公共相 C 相差動電流 Icd為：ICD=|IB-Iβ′|；

公共相 C 相制動電流 Icd為：IZD=|IB+Iβ′|/2。

差動速斷保護(hù)動作判據(jù)為某相大于本相差動電流速斷定值，即ICD＞ISD，變壓器兩側(cè)斷路器動作跳閘，無延時切斷故障設(shè)備。

圖1 V/X接線主變差動保護(hù)裝置接線圖

2.2 主變差動保護(hù)動作的主要原因

以柴林橋牽引所為例，2臺單相變壓器高壓側(cè)容量均為40 MVA，接成V/X接線，220 kv側(cè)電流互感器變比nT1為600，27.5 kv側(cè)電流互感器變比nT2為2 500。

變壓器差動保護(hù)裝置整定值為：差動速斷A、C相動作整定值為1.82 A，公用相B相動作整定值為2.82 A。比率差動A、C相差動動作電流為0.15 A，公用相B相差動動作電流為0.24 A。平衡系數(shù)為1.92。故障報文如圖2所示。

圖2 柴林橋牽引所差動保護(hù)故障報文

根據(jù)差動保護(hù)動作原理，結(jié)合故障報文數(shù)據(jù)，進(jìn)行測算如下：

1號主變A相差動電流：

1號主變公共相C相差動電流：

經(jīng)上述計算，證明1號主變差動保護(hù)屬于正常動作。用相同的方法對3號主變差動保護(hù)報文也進(jìn)行計算，兩次結(jié)論完全一致。

通過對1號、3號主變的一、二次側(cè)設(shè)備進(jìn)行檢查試驗(yàn)，各項(xiàng)檢查和試驗(yàn)數(shù)據(jù)均正常。為進(jìn)一步查找差動故障原因，對動作時的故障錄波情況進(jìn)行調(diào)取分析，圖3為1號主變故障錄波、圖4為3號主變故障錄波。

圖3 1號主變故障錄波

圖4 3號主變故障錄波

經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)：UH一欄中，第一個0點(diǎn)與第三個0點(diǎn)時間相差20 ms，第三個0點(diǎn)與第五個0點(diǎn)相差20 ms，第五個0點(diǎn)與第七個0點(diǎn)相差28 ms。UT與UF前三波峰與第四、五、六波峰大于2倍的關(guān)系，同時公共相B相有電流存在，數(shù)值明顯大于一個邊相的電流，方向相反。由此可以判斷，此次故障有可能是變電所進(jìn)線電源B相發(fā)生接地故障，使進(jìn)線電壓產(chǎn)生波動畸變，產(chǎn)生勵磁涌流，導(dǎo)致1號、3號主變差動保護(hù)動作。

2.3 常見的進(jìn)線電源故障對差動保護(hù)影響分析

為了更好地分析問題，指導(dǎo)現(xiàn)場快速查找故障，對進(jìn)線電源常見的故障是否會引起差動保護(hù)誤動進(jìn)行分析。

2.3.1 公共相C相高壓側(cè)缺相

AC線電壓變成AB線電壓，但原線圈數(shù)值上只有1/2，但C相無電流。由公共相差動電流因此差動保護(hù)也會動作。本例中因?yàn)镃相有電流，變化后UT、UF電壓數(shù)值明顯小于1/2，所以不會是這種情況。

2.3.2 公共相C相高壓側(cè)接地

AC線電壓變成A相電經(jīng)過單相變壓器高壓線圈接地，C相有接地電流（110 kV以上高壓系統(tǒng)中性點(diǎn)接地系統(tǒng)）。UT、UF電壓數(shù)值應(yīng)等于原來的。由公共相差動電流ICDG=|I˙c-（I˙α+I˙β)×0.52|，|I˙c|中有 A、B 相經(jīng)過線圈的接地電流，因此差動保護(hù)也會動作。這種情況與上述跳閘比較相似。

2.3.3 邊相A相高壓側(cè)接地

AC線電壓變成C相電經(jīng)過單相變壓器高壓線圈接地，A相有接地電流（110 kV以上高壓系統(tǒng)中性點(diǎn)接地系統(tǒng)）。UT、UF電壓數(shù)值應(yīng)等于原來的。由邊相A相差動電流ICD=|中有 C 相經(jīng)過線圈的接地電流而低壓側(cè)無負(fù)荷電流I˙α=0，因此差動保護(hù)會動作。

3 應(yīng)對措施

通過對近幾年上海局集團(tuán)公司管內(nèi)變壓器差動故障統(tǒng)計分析，非變壓器本體原因引起的差動保護(hù)動作約占80%左右，其中因進(jìn)線電源電壓異常導(dǎo)致差動保護(hù)動作的情況也多次發(fā)生。

為減少因進(jìn)線電源故障導(dǎo)致牽引所主變發(fā)生差動保護(hù)幾率，要密切和地方供電公司聯(lián)系，及時掌握上級變電所的運(yùn)行情況。加強(qiáng)對進(jìn)線電源線路的巡視管理，特別是大風(fēng)、雨雪等惡劣天氣時，及時發(fā)現(xiàn)并處理進(jìn)線電源存在的安全隱患。對于供電線路線夾、電纜等薄弱設(shè)備，要加強(qiáng)日常巡檢和周期試驗(yàn)，避免斷線和接地故障發(fā)生。

差動保護(hù)發(fā)生后，在對變壓器一、二次設(shè)備進(jìn)行常規(guī)檢查、試驗(yàn)的同時，還要及時查閱故障報文，調(diào)取故障錄波，分析進(jìn)線電壓波動情況，及時詢問供電公司上級電源情況，若變壓器本體及一、二次設(shè)備檢查無異常，主變故障錄波有明顯變化時，則可以判定系進(jìn)線電壓波動畸變，產(chǎn)生勵磁涌流引起的差動保護(hù)。此時，可省去對變壓器油化驗(yàn)、檢查的程序，待進(jìn)線電壓恢復(fù)正常后，即可將變壓器投入運(yùn)行，可以大大縮短故障排查、處理時間，節(jié)省人力、物力投入，提高牽引供電系統(tǒng)的供電可靠性。