利用TA差异性配置的主变故障点诊断分析

黄浩声 ，陈久林 ，陆 杨，袁宇波，李 鹏

(1.江苏省电力公司电力科学研究院，江苏 南京 211103；2.盐城供电公司，江苏 盐城 224001)

变压器是电力系统最重要、最昂贵的变电设备，其运行状态直接影响系统的安全，若发生故障，会对电力系统和用户造成重大的危害和影响。如果在主变出现故障后，不能快速准确地判断故障原因及故障点，并及时加以排除，将对系统的安全稳定运行造成相当大的影响。本文介绍了在变压器发生故障时，通过对二次装置录波的分析，利用保护装置自身录波和相关故障录波器录波的差异性，分析故障类型，快速定位故障位置，极大地提高了变压器故障排查速度，缩短了变压器停电时间，从而提高了电网运行的稳定性和安全性。

1 主变故障及保护动作情况介绍

某变电站1号主变为三相一体、无载调压的自耦变压器，有500kV，230kV和36kV 3个电压等级，容量为750/750/240 MV·A。2011年某月1号主变A相发生故障，主变差动保护动作，重瓦斯动作，压力释放动作，跳开两侧开关 （35kV侧无独立开关，且低抗、电容未投）。主变一次接线方式如图1所示。51，52，53为主变500kV侧开关；21为主变220kV侧开关。主变差动保护二次电流取51，52及21开关的独立电流互感器（TA），故障录波器二次电流取主变500kV及220kV套管TA。

图1 变电站一次接线示意图

由于主变差动保护、重瓦斯、压力释放均动作，推测故障位置应处于差动保护范围之内，主变纵差保护高压侧、中压侧电流取自独立TA（变比4000/1和3200/1），如图1所示。其保护范围除主变本体之外还有一段套管至独立TA的引线。因此，此时故障点的位置究竟处于主变本体内部还是引线，需做进一步的分析。而主变故障录波器的高压侧、中压侧电流取自套管TA（变比都为3200/1），即故障录波器录波范围为主变套管TA内部，故需将该故障录波器录波取出做进一步的分析。

2 故障录波分析

2.1 电流特征分析

保护动作事件显示，故障开始后16 ms，主变差速断动作，此时最大差流值Idmax＝2.34 A，折算到220kV故障点的一次电流为：

n1为500kV侧TA变比4000/1。

12 ms之后，主变大差动作，此时最大差流值Idmax＝2.39 A，折算到220kV故障点的一次电流为：

n1为500kV侧TA变比4000/1。

654 ms之后，主变重瓦斯动作（因主变保护装置型号较老，保护动作的故障录波无法取出）。在现场调取1号主变故障录波器的故障录波文件，1号主变500kV，220kV侧A相电流录波，如图2所示。

故障前50 ms（如图2左边第1根竖线所示），1号主变220kV侧A相负荷电流与500kV侧A相负荷电流相位相反，这是因为，当主变正常运行时，负荷电流从500kV侧套管极性端流入，从220kV侧套管极性端流出，如图3所示。由于二次侧电流都是由S1流出，所以高、中压侧二次电流相位相反[1]。在故障时刻（0 ms，图中第2根竖线），1号主变220

图2 录波器故障录波图

kV侧故障电流与500kV侧故障电流相位仍旧相反。这就说明，故障电流基本是穿越性的，也即是说，从定性角度分析，故障电流从500kV侧流入，从220kV侧流出，主变内部没有故障点。

图3 主变正常运行潮流图

定性分析之后，再进行定量分析。将0 ms时刻的500kV侧故障电流（瞬时值）折算到220kV侧，如图2所示。I500kv＝1.191 A，折算到中压侧电流：

n1和n2分别为主变500kV侧与220kV套管TA变比，均是3200/1。

由此可见，故障录波器500kV侧故障电流折算到220kV侧后，与220kV侧故障电流（2.625 A）几乎相同。也就是说，流过1号主变500kV侧套管TA与220kV侧套管TA的电流相位相反，大小相等，为一穿越性电流[2]。将两侧电流以穿越电流方向绘制（即220kV电流取反，并进行变比折算），如图4所示。从图中可以看出，500kV电流与220kV电流故障前和故障后几乎重叠。

2.2 故障点判断

图4 主变高中压侧电流叠加图

如前分析，主变保护检测到差流并动作，因此故障点在差动保护范围内；分析故障录波器录波，得到的结论的却是一穿越性电流。从图1可知主变差动保护的保护范围为主变本体及本体至独立TA之间的一段引线，故障录波器录波范围为主变套管TA内部，由此可以推断，主变本体内部无故障，故障点应位于220kV套管TA与220kV独立TA之间。故障电流分布做如下分布，如图5所示。

图5 故障电流分布图

3 现场检查

经现场检查，故障部位位于220kV侧A相套管下瓷套金属延伸管内，故障原因为A相套管下瓷套部位电容屏绝缘击穿。500kV系统故障电流经主变500kV侧套管TA—变压器绕组—220kV侧套管TA至故障点入地，因此流过主变500kV侧套管、220kV侧套管的电流为一穿越性电流；220kV系统故障电流回路为套管导杆—故障点—金属延伸管—变压器法兰—经变压器油箱入地，套管TA并未感受到来自220kV系统的故障电流。综上分析，经过主变高、中压侧套管TA电流为一穿越性电流；而由于故障点位于中压侧套管瓷套部位，属于差动保护范围，因而差动动作。与先前分析完全吻合。

4 结束语

主变故障录波器的故障录波不仅在常规分析变压器故障类型中起着作用，通过对主变保护装置本身录波和故障录波器录波的综合分析，进行慎密地计算判断，亦可以准确地显示变压器故障点，给变压器故障处理提供很好的参考，从而使得变压器故障得以尽早处理，恢复运行。而且从设计的角度，故障录波器采用套管TA，主变保护装置采用独立TA，这种交叉设计的思路对于综合判断故障位置具有较好的参考价值。

[1]国家电力通信调度中心.电力系统继电保护实用技术问答[M].北京：中国电力出版社，2000.

[2]王维俭.电气主设备继电保护原理应用[M].北京：中国电力出版社，2001.