变压器低压侧短路的保护动作分析

陈京静

（马鞍山当涂发电有限公司，安徽 马鞍山 243102）

变压器低压侧短路的保护动作分析

陈京静

（马鞍山当涂发电有限公司，安徽 马鞍山 243102）

某发电公司#4A带式输送机开关过流保护动作，继电保护人员经过现场检查、数据收集、向量分析，迅速判断出故障点。本文采用对称分量法，分析了变压器低压侧发生不对称故障后，高压侧各序分量的的向量关系，对专业技术人员分析问题、解决问题有很好的借鉴作用。

变压器；两相接地短路；故障分析；对称分量法

0 引言

继电保护是保障电力设备安全和防止、限制电力系统长时间大面积停电的最基本、最重要、最有效的手段，对继电保护实行全过程管理、提升专业技术人员故障分析水平、准确迅速判断故障，已然成为目前继电保护专业的重要工作。继电保护动作分析的流程主要有信息收集、动作分析、现场处理、上报总结四大阶段，继电保护专业人员应具备如下基本技能以便于分析各种故障：①会理论计算和画向量图。②应会看录波图。本文对某发电公司#4A带式输送机运行过程中跳闸进行保护动作分析，并介绍不对称故障的分析计算方法。

1 故障经过

2015年11月24日，某发电公司#4A带式输送机运行过程中跳闸，但监视画面状态显示正常，现场检查为#4A带式输送机开关（380V）过流脱扣保护动作；上级开关（6kV煤灰变高压侧开关）保护未动作；厂用电故障录波装置启动录波。继电保护人员及时准备图纸资料、搜集现场信息，进行故障分析后，判断系动力电缆AB相接地短路导致开关瞬时过流保护动作脱扣，11月25日，电气人员重新施放绝缘合格电缆后，电机试转正常，输煤系统恢复运行。该开关安装于380V煤灰PCA段，由A煤灰变低压侧供电。

2 检查与处理

（1）收集原始、完整信息。该阶段主要收集现场微机型故障录波器报告、微机保护打印报告(包括分板报告)、微机保护的整定值、当地监控系统报告、故障当时的系统运行情况、断路器跳闸情况、故障相别、现场和运行记录、故障时各种装置特别是本保护装置的动作信号记录。

①厂用电故障录波器启动录波，波形图（如图1）。

②#4A带式输送机开关面板显示瞬时保护动作，动作实时电流为Ia=18kA，Ib=20kA，Ic=3440A。

查阅#4A皮带机开关的保护定值单如下（表1）。

③6kVA煤灰变开关的保护定值单（表2）

图1 6kV公用A段母线电压、进线电流波形图

表1

表2

④6kV公用A段进线电源开关的保护定值单（表3）

表3

（2）动作分析。对称分量法分析不对称故障的基本原理。电力系统中的短路故障大多数是不对称的，不对称短路时，故障点处的阻抗会产生变化，继而基频分量电流将不再对称，而故障点以外的阻抗参数仍然对称，因此考虑将故障点处的不对称转化成对称系统，使被短路破坏了的三相电路转化成对称电路。首先，在原短路点人为接入三相不对称电压源，电压源三相电压与故障点处实际电压大小相等、方向相反，这种情况与系统发生不对称故障时的实际情况是等效的，即系统中发生的不对称故障，可以用在故障点处接入一组不对称电压源来代替。

其次，再用对称分量法将上述不对称电压源分解成正序、负序、零序三组对称相量，分别进行计算，进而再将各相序分量叠加，得出短路时各相电流和电压。灾后，对各类不对称故障的边界条件进行分析求解，从而得出短路点处特殊相（与其他两相不同的相别，比如AB相间故障时，特殊相取C相）的三序电压和三序电流的关系，最终叠加的到三相真实的短路电流、短路电压：

a.单相（A相）接地短路的边界条件：

换算为特殊相（A相）的对称分量表示为：

不难推算得：

b.两相（BC相）相间短路的边界条件：

c.两相（BC相)接地短路的边界条件：

d.对称分量经变压器后相位变化

参考【电力系统暂态分析】各序分量经星/三角变压器后，必须分别转动不同相位，对于Ydk（k为正序时三角形侧电压相量作为短时针所代表的钟点数），相位变换关系如下：

（3）故障分析。

①#4A带式输送机开关脱扣器型号为MIC5.0P，短路电流（Ika=18kA，Ikb=20kA，Ikc=3440A）远大于瞬时保护定值6400A，因此正确动作脱扣。

②6kV煤灰变开关综合保护装置型号MICOMP632，#4A带式输送机开关短路电流折算 至 6kV高 压 侧 为（Ika=1143A，Ikb=1270A，Ikc=218A），折算至电流互感器二次电流值为（Ika=19.1A，Ikb=21.2A，Ikc=3.6A），A、B相 短路电流达过流保护2段动作值，但#4A带式输送机开关保护瞬时动作，故障时间远小于0.8s，因此6kV煤灰变开关综合保护装置可靠不动作。

③从保护动作记录可以初步故障点在A、B两相，然而，该故障是A、B相间短路还是A、B相接地短路呢？为进一步确定故障性质，继电保护专业人员希望从波形图为切入点进行分析：由于该公司低压厂用电设备未纳入电力故障录波平台，继保人员决定参考6kV公用A段进线电流波形，发生故障期间，6kV公用A段进线电流是#4A带式输送机开关短路电流和段上其他负荷正常工作电流之和，从上述短路电流数据可以看出，短路电流远大于负荷电流，因此以下分析中，不考虑负荷工作电流。

根据波形图可以直观地绘制出故障电流相量图，如图2所示。

首先我们假设故障性质为AB相间短路，那么利用对称分量法，我们可以绘制出故障点处C相的电流序分量，经过转换可得6kV侧（A煤灰变高压侧）各相电流，如图3所示。

图2 故障录波器实测6kV公用A段进线电流相量图

图3 变压器星侧ab相间短路时，三角形侧电流相量图

图4 变压器星侧ab相接地短路时，三角形侧电流相量图

从图中可以看出，换算至6kV侧，A、C相电流大小相等，方向相同，并与B相电流方向相反，显然，该相量图与故障录波器实测相量图不一致，我们初步推断故障性质为AB相接地短路。接下来，我们绘制AB相接地短路时，6kV侧（A煤灰变高压侧）各相电流如图4所示，可以看出该三相电流相量图与实测相量图一致。

（3）现场处理。明确故障性质后，电气一次人员甩开电机口线后，分别摇测电机与电缆芯线对地和相间绝缘，摇测电机绝缘良好，A、B相绝缘均到零，C相绝缘3兆欧，判断故障点在电缆侧，该动力电缆长约270米，大部分敷设于电缆沟内，电气人员分析两天暴雨，导致电缆沟内积水，导致绝缘下降。电气人员根据电缆敷设方式，权衡现场环境恶劣程度，从户外着手查找，终于在距电机处电缆竖井约60米处的直角转弯处发现了故障点，临时处理后，恢复输煤系统运行。第二天施放电缆，择机更换。

3 结论

本文的论述直观地展现了继电保护动作分析步骤与方法，并且对采用对称分量法分析不对称故障进行了较为全面的探讨。现场设备异常分析，不仅仅需要搜集完整的数据资料，保存完备的异常事故现场，描述准确的异常现象，业务技能完善的专业人员更是必不可缺。利用对称分量法进行向量分析更是电力系统及设备的异常情况分析的有效途径，也是专业技术人员必备的专业技能，应当受到高度的重视。继电保护工作要求认真仔细、不断学习的专业精神，日常隐患排查、异常分析也尤为重要，这些工作将潜移默化地引导专业人员不断发现问题，解决问题，保护机组安全稳定运行。

[1]国家电力调度通信中心.电力系统继电保护实用技术问答，2008.

[2]黄少锋.电力系统故障分析.北京：中国电力出版社，2010.

[3]李光琦.电力系统暂态分析.北京：中国电力出版社，2007.

[4]张保会，尹项根.电力系统继电保护.北京：中国电力出版社，2005.

[5]吴彦皎，王澎，孙刚.分析继电保护不正确动作的主要步骤和方法，2004.

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1671-0711（2016）10（下）-0028-02