一次變壓器故障分析

古領先　冀娟　龐建偉　洪瑜

（許繼電氣股份有限公司，河南許昌　461000）

一次變壓器故障分析

古領先冀娟龐建偉洪瑜

（許繼電氣股份有限公司，河南許昌461000）

就一起變壓器故障的事例，分析變壓器故障時變壓器高、低壓側電流的特性，并指明故障分析中當被分析對象在負荷側，其特征不同于電力系統暫態分析課本上所示例的電源側的特征。希望引起繼電保護方面專家、學者的共同關注，以期作為對系統實際運行資料和繼電保護專業理論書籍相關內容的補充。

變壓器；故障特征；暫態分析

1　某變電站變壓器故障概述

某變電站6.3MVA變壓器，Y/D-11接線的，高壓側中性點未接地。該站僅一臺變壓器，高壓側一條進線，低壓側帶3條出線?，F場主接線如圖1所示。

圖1　變電站主接線圖

運行過程中，差動保護動作，錄波如圖2所示。未能找到故障點，檢查變壓器后又重新投入變壓器運行，運行正常。

現場變壓器高壓側CT變比為200/5，變壓器低壓側CT變比為400/5，變壓器差動保護裝置定值如下：高壓側額定電流，Ihe=6.3×1 000/（1.732×35×40）=2.6A；低壓側平衡系數，Kb=0.571；最小動作電流，Iop=1.0A；最小制動電流，Izd=2.6A。差動保護動作報告顯示各相差動電流和制動電流分別如表1所示。

表1　動作報告

圖2為故障時刻差動保護錄波，主變高壓側三相電流大小相近、相位也相近（稍有差別的，可見零序電流是主要成分），而低壓側A相電流與高壓側A相電流相位幾乎相反，且低壓側A相電流量值遠大于低壓側另兩相電流，有效值達到了12A左右。而且在異常電流出現40ms后，低壓側A相電流和高壓側A相電流出現了半周波左右的小量（其中電壓量未錄波。）

因高壓側是Y接線，電流要進行轉角：

差流及制動電流計算公式：

將錄波中的各側電流數據按上述計算公式計算出各相差流和制動電流（在圖2中示出），可見動作量值與動作報告中的差動動作量值是相符合的。A相差動保護動作條件滿足，保護動作是符合動作邏輯的。

圖2　差動保護動作錄波圖

在隨后的正常運行狀態下手動錄波，由手動錄波圖可見，低壓側電流與高壓側電流相位差約為150°，與變壓器鐘點數一致?？梢妰蓚菴T極性接線，是正確的。

據了解，變壓器后備保護在跳閘時段沒有復合電壓報警。從故障錄波看，如存在故障，因復合電壓報警有40ms延時，而故障40ms左右出現了恢復的現象，故復合電壓是報不出來。

上述波形特征不同于教課書［1，2］上所述理想的故障后電源側故障特征。同類事例在文獻［3］中也有體現。為何出現這種特征的電流，沒有進一步的數據，只能依據保護裝置錄波數據來推理。

2　一次系統存在故障的可能性

現場反映變壓器是Y/D-11的，且高壓側整系統中性點不接地。因此，僅對此種情況進行分析。如果是一次系統的故障，則從低壓側A相電流大來看，應有低壓側A相故障點，且在區外；但如果是單相接地故障，對于D側小電流接地系統來說，故障電流不應這么大。另外，保護跳閘后變壓器重新投入后運行顯示正常，故可假設無變壓器本體內部故障。

先假定各相都有接地阻抗，只是不接地的相接地阻抗無限大，電路示例如圖3所示。

可見，

圖3　電路示例簡化

如果高、低壓側接地點均在區外或均在區內，高、低壓側CT感受的電流零序應為0，與現場錄波不相符。

因兩側系統電壓等級不一樣，需以接地點為參考，各量為實名值。高壓側線電壓為35kV，低壓側線電壓為10kV，及兩側CT變比，忽略變壓器損耗，可近似認為：

又考慮低壓側CT極性與分析圖中所示相反，則有：

2.1若I˙TA為高壓側CT感應的電流

如圖4所示，已知低壓側A相為區外，則I˙DA為低壓側CT感應的電流，若I˙TA為高壓側CT感應的電流，則I˙TB=KI˙DA+I˙TA，可見I˙TB不為高壓側CT感應的電流，即高壓側B相有區內故障點。則I˙TC=-（I˙TA+I˙TB），可見I˙TC不為高壓側CT感應的電流，即高壓側C相也有區內故障點。則I˙YgC=I˙YC-I˙TC，I˙YgB=I˙YB-I˙TB，可見I˙YgC+I˙YgC=-I˙YgA≠O，則高壓側A相有區外故障，算出高壓側A相線路側故障電流達14.9A（一次值達40×14.9=596A）。接著按式（5）計算I˙DB、I˙DC，可見I˙DC不為低壓側CT感應的電流，即低壓側C相也有區內故障點，I˙gC=I˙DC-I˙fC，可見I˙DB為低壓側CT感應的電流；如果低壓側B相無故障點，則I˙gB=I˙DB-I˙fB≈O，I˙fB=I˙DA-I˙gA=I˙DA+I˙gC，發現完全符合I˙fA+I˙fB+I˙fC=3I˙fO≈0。

圖4　第一種假設波形圖

綜合上述分析可知：高壓側為A相區外接地，B、C相區內接地，低壓側A相區外接地，C相區內接地，B相無故障，電流特征完全可以符合現場錄波。

2.2若I˙TB為高壓側CT感應的電流

如圖5所示，已知低壓側A相為區外，則I˙DA為低壓側CT感應的電流，若I˙TB為高壓側CT感應的電流。則I˙TA=I˙TB-KI˙DA，可見I˙TB不為高壓側CT感應的電流，即高壓側A相有區內故障點，則I˙TC=-（I˙TA+I˙TB），可見I˙TC不為高壓側CT感應的電流，即高壓側C相也有區內故障點，則I˙YgC=I˙YC-I˙TC，I˙YgA=I˙YA-I˙TA，可見I˙YgA+I˙YgC=-I˙YgB≠O，則高壓側B相有區外故障，算出高壓側B相線路側故障電流達15.5A（一次值達40×15.5=620A）。接著按式（5）計算I˙DB、I˙DC，可見I˙DB、I˙DC均不為低壓側CT感應的電流，即低壓側B、C相都有區內故障點，I˙gC=I˙DC-I˙fC，I˙gB=I˙DB-I˙fB≈0，則I˙fA=I˙DA-I˙gA=I˙DA+I˙gC，發現不符合I˙fA+I˙fB+I˙fC=3I˙fO≈0。數據在錄波中進行計算，結果如圖5所示。

綜合上述分析可知：如果出現高壓側為B相區外接地，A、C相區內接地，低壓側A相區外接地，B、C相均區內接地，電流特征不符合現場錄波。

圖5　第二種假設波形圖

2.3若I˙TC為高壓側CT感應的電流

如圖6所示，已知低壓側A相為區外，則I˙DA為低壓側CT感應的電流，若I˙TC為高壓側CT感應的電流。則I˙TA=I˙TB+KI˙DA=-（I˙TA+I˙TC）-KI˙DA，即：I˙TA=-（I˙TC+KI˙DA）/2，可見I˙TA不為高壓側CT感應的電流，即高壓側A相有區內故障點。則I˙TB=-（I˙TA+I˙TC），可見I˙TB不為高壓側CT感應的電流，即高壓側B相也有區內故障點，則I˙YgB=I˙YB-I˙TB，I˙YgA=I˙YA-I˙TA，可見I˙YgA+I˙YgB=-I˙YgC≠O，則高壓側C相有區外故障，算出高壓側C相線路側故障電流達15.5A（一次值達40×15.5=620A）。接著按式（5）計算I˙DB、I˙DC，可見I˙DB、I˙DC均不為低壓側CT感應的電流，即低壓側B、C相都有區內故障點，I˙gC=I˙DC-I˙fC，I˙gB=I˙DB-I˙fB，則I˙fA=I˙DA-I˙gA=I˙DA+I˙gC+I˙gB，發現不符合I˙fA+I˙fB+I˙fC=3I˙fO≈0。數據在錄波中進行計算，結果如圖6所示。

圖6　第三種假設波形圖

綜合上述分析可知：如果出現高壓側為C相區外接地，A、B相區內接地，低壓側A相區外接地，B、C相均區內接地，電流特征不符合現場錄波。

2.4可能性分析

綜合上述分析可知：唯一可能的故障為高壓側為A相區外接地，B、C相區內接地，低壓側A相區外接地，C相區內接地，B相無故障。而如此復雜的故障，理應是連鎖故障［4］，同時發生又似乎不可能。

3　回路異常的可能性

從現場保護裝置的反應來看，未發現保護裝置異?！，F場對二次回路的檢查也未發現異常。從波形來看，也未見CT飽和之類的特征。因此，不能得出二次回路異常的規律性［5］。

4　結論

電力系統故障時位于負荷側的電流電壓特征，往往不同于教課書上對電源側故障特征的分析［6］。針對負荷側的特征分析較少見到。本事例現場錄波中的故障特征極為奇怪，本文只是進行了可能性分析，拋磚引玉，以期有人能進行準確的理論分析或仿真分析。

［1］韓禎祥，吳國炎.電力系統分析［M］.杭州：浙江大學出版社，1997：406-416.

［2］李光琦.電力系統暫態分析.第二版［M］.西安：水利電力出版社，1991：194，207.

［3］魏莉，鄧濤，彭建寧.單相接地引起中性點間隙擊穿后主變高壓側三相電流特點初步研究［J］.電力系統保護與控制，2010（8）：140-143.

［4］Wei Li，Deng Tao，Peng Jiannin.Pilot study of threephase current characteristic on transformer high-voltage side when the clearance is breakdown caused by single-phase grounding fault［J］.Power system protection and control，2010（8）：140-143.

［5］陳亦平，趙曼勇，劉文濤.南方電網連鎖故障風險分析及防御措施研究［J］.南方電網技術，2010（3）：8-11.

［6］He Yiping，Hao Manyong，Liu Wentao.The Risks Analy?sis and Defensive Measures Research of Cascading Failures in Chi?na Southern Power Grid［J］.Southern Power System Technology，2010（3）：8-11.

One Transfomer's Fault Analysis

Gu LingxianJi JuanPang JianweiHong Yu
（Xuji Electric Corporation，Xuchang Henan 461000）

Taking a transformer fault as an example，the characteristics of high and low voltage side current in trans?former fault were analyzed，and pointed out the characteristics of the power supply side in the fault analysis when the object is analyzed in the load side，which is different from the power system transient analysis，hoping to attract the at?tention of experts and scholars in the field of relay protection，in order to supplement to the actual operation data of the system and the related content of the theory of relay protection.

transformer；fault characteristic；transient analysis

TM407

A

1003-5168（2016）08-0137-04

2016-07-16

古領先（1978-），男，本科，工程師，研究方向：電力系統自動化研發；冀娟（1980-），女，本科，工程師，研究方向：繼電保護研發；龐建偉（1973-），男，大專，助理工程師，研究方向：電力系統繼電保護的調試；洪瑜（1982-），男，本科，助理工程師，研究方向：繼電保護調試。