浅谈牵引变电所主变压器低压启动过电流保护误动分析

宇航

摘要：牵引变电所承担着向电气化铁路电力机车或高速铁路动车组提供能源的重要任务。主变压器是牵引变电所的心脏，为确保主变压器系统在故障和不正常运行状态时及时切除故障并发出预警信号，设置了差动、电流和非电量各种保护，低电压启动过电流保护是牵引变压器的一个重要保护。本文通过对 3 起主变压器的低压启动过电流保护误动情况进行分析，找出保护误动作的原因，并提出在今后设计、制造、运维中应采取的措施，以保证牵引变电所主变压器系统安全运行。

关键词：牵引变电所主变压器;低压启动过电流保护;误动

前言

低电压启动过电流保护是牵引变压器的一个重要保护，本文通过对 3 起主变压器低压启动过电流保护误动情况进行分析，找出了保护误动作的原因，提出了在设计、制造、运维中应采取的措施。

1、低压启动过电流保护简介

牵引变压器高低压侧均应配置低压启动过电流保护。高压侧低压启动过电流保护作为差动保护的后备保护及变压器内部故障的后备保护，并兼作主变压器低压侧母线的后备保护及馈线故障的远后备保护。低压侧低压启动过电流保护作为 27.5kV 母线故障的主保护及馈线故障的近后备保护。

2、跳闸原因分析

主变压器高压侧过电流定值按 1.5 倍额定电流进行整定，过电流定值 272 A（公共相 472 A），时限 1.3 s，低电压定值 19 800 V。故障时 C 相电流 I c 为 320 A，超过了过电流定值 272 A，a 相电压 U a 为 13.75 V，低于 19 800 V，满足保护动作条件，故保护出口跳闸。发生跳闸故障时，3 # 主变压器在运行状态向原有高铁供电，1 #主变压器由于低压侧断路器在分位，处于空载运行状态。4 # 、2 # 主变压器处于冷备用状态。

变电所改造后变压器高压侧为双重保护设置。一套为 A 厂家保护装置，高压侧低电压启动过电流判据：当相应的主变低压侧断路器处于合位时，采集母线电压，并作为低电压启动过电流判据;如果断路器处于分位，则不以其母线电压作为判据。另一套为 B 厂家保护装置，高压侧低电压启动过电流判据：当主变低压侧两个母线电压 U α 、U β及 αβ 间电压这 3 个电压中任一值小于设定值时，满足低电压启动过电流判據。

改造后 3 # 变压器正常运行，低压侧母线电压为正常运行电压;1 # 主变压器由于低压侧断路器在分位，故低压侧母线电压为零。A 厂家保护装置判断1 # 主变压器低压侧断路器处于分位，所以电压判据自动取消。而 B 厂家保护装置判断 1 # 主变压器低压侧母线电压为零，故在电流超过过电流设定值并达到 1.3 s 的设置时限时，主变压器高压侧低压启动过流保护动作，造成 1 # 、3 # 主变压器跳闸停运。B 厂家主变压器高压侧低压启动过电流保护逻辑。

3、存在的问题

3.1安全风险意识低

因新增高铁线路建成投运，需要利用变电所既有的设备进行增容改造，改造后将由该所向既有高铁和新增高铁线路同时供电。2019 年 6 月 6 日凌晨改变运行方式后，1 # 主变压器低压侧断路器分位、变压器空载运行，由 3 # 主变压器单独供电，技术人员未针对改造后单台变压器运行这一特殊运行方式对保护软件逻辑的适用性进行调查分析，未对与实际运行方式不匹配的问题进行充分研判，从而造成在改造后单台变压器运行时 B 厂家的保护装置误动作。

3.2设计方案不仔细

施工单位编制的《既有某变电所改造工程施工方案》只提出“由于 1 # 、2 # 主变压器更换涉及运行方式的改变，此时根据运行方式需要修改主变后备的低压侧保护的定值大小即可”，未提出低电压闭锁过电流保护逻辑调整措施，导致厂家设置的保护逻辑不适用改造后的运行方式，埋下故障隐患。

4、整改措施

设置单独的 U αβ 低压启动定值。在变电所近端发生相间短路故障时，由于 U αβ 的值很小，在变电所出口处相间短路时，主变压器低压启动过电流保护能可靠动作。因此，建议设置单独的 U αβ 低压启动定值。当三相 V/v 或V/x 联接的变压器过负荷运行时，即使在 α 相重负荷为3倍变压器额定负荷且β相空载这种较极端情况下时，相间电压 U αβ 最低可降至相电压的 0.7 倍左右。只要设置的低压启动定值 U αβ 低于 0.7 倍相电压，在单个供电臂重载情况下，也可以规避低压启动过流动作的风险，并且在相间短路情况下也能可靠动作。对于平衡变压器而言，低压侧相间夹角为 90°，U αβ 正常电压为 1.414U α ，设置单独的 U αβ低压启动定值低于 0.7 倍相电压，同样适用。

5、结语

对已投运的变压器低压启动过电流保护应研究保护异常预警、告警功能。对于将 U αβ 电压作为低压判据的装置，对 U αβ 要单独整定，可以取消的按照整定计算导则取消 U αβ 低压启动元件;对低压判据进行软件升级，增加断路器判合位功能，当断路器在分位时不再使用其电压进行判断。设备厂家在进行保护方案设计时，应将断路器判合位功能纳入主变压器低压启动过电流低电压判据，从源头上消除隐患;进行施工改造前应做好技术交底，尤其对于运行方式变化和保护配置变化，根据运行方式和保护配置变化出具具体的方案，确定改造的风险点，将故障消灭在交底阶段;电流增量保护可以作为馈线高阻故障的保护，同时也可作为相间短路故障保护。当新的保护装置满足导则中电流增量整定要求时，按照新的导则可以将电流增量保护动作的时限缩短至 0.1 s。因此，不再需要主变压器低压启动过电流保护作为相间短路的保护，可以取消 U αβ 低压启动判据;根据变压器的负荷能力及运行的经验积累，主变压器高压侧低压启动过电流保护的电流定值宜按 2.0 倍额定电流选取，主变压器低压侧低压启动过电流保护的电流定值宜按1.5倍额定电流选取。重点需根据现场实际选择低电压定值的整定，保证低压启动过流保护正常动作，既不能误动，也不能拒动。

参考文献

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[2] 于桂华，伍俊霖，葛海波. 一起牵引变电所过电流保护动作分析[J]. 电气化铁道，2018，29（4）：84-87.