变跳闸案例分析
摘要
变压器受到短路电流冲击后，易造成器内部损坏，而电力变压器作为电力网络的核心设备之一，在发生主变近区短路时，电力变压器所配置的保护能够准确动作尤为重要，本文对该变电站变压器近区短路时抗短路能力不足，主变差动保护以及低后备保护动作情况进行分析并提出了当发生同类故障时，现场处置建议。
关键词：近区短路；差动保护；低后备保护；抗短路能力； 0 引言
变压器作为变电站核心设备之一，为保证其安全稳定运行，同时也为保证主变压器保护动作的可靠性、灵敏性，35kV变电站主变压器主保护配置有高后备保护、低后备保护、差动保护以及非电量保护。
本文通过一起35kV某变电站2号主变压器近区短路，但由于两台主变压器短路阻抗小抗短路能力不足引起1号主变压器保护动作跟跳的案例，针对主变抗短路能力不足而特殊的保护配置，对该事故案例进行分析并对主变压器保护动作原理及实际情况进行分析并提出相应的改进措施。
1 故障经过
35kV某变电站35kV#1主变压器、#2主变压器均为变压器厂生产的SZ11-2500/35型变压器，配置了南瑞继保公司的RCS-9671C和RCS-9681C保护装置。
35kV#2主变10kV侧002断路器AB两相短路， 35kV某某变电站35kV#2主变复压过流Ⅰ段动作出口、35kV某某变电站35kV#2主变比率差动动作出口、35kV某某变电站35kV#2主变差动速断动作出口跳开35kV#2主变两侧断路器；
35kV某某变电站35kV#1主变复压过流Ⅰ段保护动作出口跳开35kV#1主变两侧断路器（35kV#1、#2主变10kV侧并列运行，10kV分段012断路器为运行状态）。
2 保护动作原理 2.1 比率差动保护原理
RCS-9671C 变压器差动保护装置采用三折线比率差动原理。变压器各侧电流采用全星形接线方式。采用全星形接线方式对减小电流互感器的二次负荷和改善电流互感器的工作性能有很大好处。
比率差动制动系数（斜率）的整定，差动保护的制动电流应大于外部短路时流过差动回路的不平衡电流。变压器种类不同，不平衡电流计算也有较大差别。
2.2 差动速断保护原理
RCS-9671C 变压器差动保护装置差动速断保护可以快速切除内部严重故障，防止由于电流互感器饱和引起的纵差保护延时动作。其整定值应按躲过变压器的励磁涌流，最严重外部故障时的不平衡电流及电流互感器饱和等整定，一般可取：
式中：K为倍数，视变压器容量和系统阻抗的大小。变压器容量越小，或系统电抗越小，K的取值越大，一般推荐范围为 5~12Ie。注意装置的差动速断电流值的整定计算是以变压器的二次额定电流为基准。若在实际的整定计算中差动速断电流整定值是归算到变压器某一侧的电流有名值，则将这一有名值除以变压器这一侧的变压器二次额定电流，即为保护装置的整定值（标幺值）。
2.3 过流保护原理
RCS-9681C 变压器后备保护装置设五段复合电压闭锁方向过流保护，各段电流及时间定值可独立整定，分别设置整定控制字控制这五段保护和复合电压元件的投退。带方向闭锁，由控制字选择。方向元件采用正序电压极化，方向元件和
电流元件接成按相起动方式。方向元件带有记忆功能以消除近处三相短路时方向元件的死区。
3 故障案例分析 3.1 故障前运行状态
图3.1 主接线图及故障位置
主变压器主接线图以及故障点位置如上图所示，该变电站在002断路器AB两相短路故障前运行方式为35kV部分：35kV#1主变35kV侧301、35kV#2主变35kV侧302断路器、35kV#1站用变运行于35kV母线；10kV部分：35kV#1、#2主变10kV侧并列运行，10kV分段012断路器运行，10kV备自投退出。
3.2 保护动作分析
变压器短路阻抗是指在额定频率和参考温度下，一对绕组中某一绕组的端子之间的等效串联阻抗：
变压器短路阻抗也称为阻抗电压，当变压器次级绕组短路时，流过额定电流的初级绕组施加的电压称为阻抗电压Uz。 短路阻抗大小对变压器运行有影响，短路阻抗小，电压降小，短路阻抗大，电压降大。当变压器负载短路时，短路阻抗小，短路电流大，变压器承受的电力大。短路阻抗大，短路电流小，变压器承受的电力小。 变压器短路阻抗的计算公式与变压器的类别有关，计算公式为：
Un为变压器的额定相电压，In是变压器的额定电流。
因此该变电站为了保护主变，主变低后备保护动作时要第一时限跳开主变压器两侧断路器，第二时限再跳开母线分段断路器，从而避免变压器由于抗短路能力不足，遇到短路情况，电流会急剧增加，造成变压器发热、烧毁、甚至爆炸。
35kV某变电站2号主变差动保护定值单 保护功能 保护二次定值 跳闸方式 差动速断 10Ie 跳两侧 比率差动 0.5 35kV某变电站2号主变低后备保护定值单 保护功能 保护二次定值 跳闸方式 复压过流Ⅰ段 9A 跳两侧 表3.1 35kV#2主变保护定值单
差动速断保护是了防止在较高短路电流水平时，由于电流互感器饱和时产生的高次谐波量增加，产生极大的制动力矩而使差动保护拒动。
比率差动保护原理是在正常情况下，变压器的两个绕组之间的电流比率是相等的，在变压器出现故障时，变压器的出线电流将会大于入线电流，从而使变压器的比率差动发生变化，保护动作。
35kV#2主变10kV侧002断路器AB两相短路， #2主变差动速断保护动作出口，保护二次定值为10Ie，短路电流为18.67Ie；#2主变比率差动保护动作出口，保护二次定值为0.5，短路电流为17.15Ie。
复压过流保护是采用复合电压闭锁的过流保护，反应的是相间短路故障，作为差动等保护的后备保护。
35kV#2主变10kV侧002断路器AB两相短路， #2主变复压过流Ⅰ段保护动作出口，保护二次定值为9A，短路电流为17.30A。
35kV某变电站1号主变低后备保护定值单 保护功能 保护二次定值 跳闸方式 复压过流Ⅰ段 9A 跳两侧 表3.2 35kV#1主变保护定值单
#1变压器抗短路能力不足，为防止变压器损坏，主变低后备保护首先直接跳开主变两侧。
35#1主变、#2主变均为SZ11-2500/35型变压器，该变电站主变压器于2009年投运，年代久远，对主变压器进行试验，测定该变电站两台主变压器短路阻抗小，抗短路能力不足，因此对主变压器保护进行配置时，注重考虑了对主变压器的保护，#1主变压器低后备动作时要第一时限跳主变两侧，第二时限再跳分段断路器。
4 变压器抗短路能力不足原因
变压器抗短路能力是指变压器在短路情况下所能承受的电流大小和时间。变压器在正常运行中，其绕组和铁心都有一定的电阻，并且额定电压下的电流是稳定的。但如果遇到短路情况，电流会急剧增加，造成变压器发热、烧毁、甚至爆炸。变压器抗短路能力不足的原因有；
一：生产设计方面
若是绕组采用双螺旋换位导线或者导线材质较软，则抗短路能力较差；另一方面由于制造工艺水平较低。
二：投运生产方面
老旧变压器的设计受限于当时的设计和制造水平，变压器普遍抗短路能力不强的缺陷，而且随着电网规模的扩充，新的电源点不断接入电网，系统阻抗值变小；变压器长时间运行内部绕组及其他部件老化松动导致的阻抗降低，抗短路能力不足。
5 处理建议及总结
为防止由于主变压器抗短路能力不足而导致故障的发生，首先可以对主变进行抗短路能力校核，评估实地运行风险，制定主变检修策略。根据变压器安装地点短路水平，对变压器实地运行风险进行评估，在主变校核结果基础上，合理制定检修策略，确定变压器改造原则。其次可以调整系统运行方式和加强运维措施，在变压器检修前的“过渡阶段”，为提高变压器的运行可靠性，可以采取调整系统运行方式和加强运维措施来降低主变的短路风险。
该35kV变电站35kV#1、35kV#2主变均抗短路能力不足，在保护配置时需要考虑遇到短路情况时，电流会急剧增加，变压器易损毁。为此，运行人员应熟悉相关保护配置情况，了解主变保护动作逻辑，当发生保护动作时，迅速对保护动作情况作出正确判断以便于快速进行事故处理。
参考文献
[1]薛峰，电网继电保护事故处理及案例分析.北京：中国电力出版社，
2012.2（2017.9重印）.
[2]RCS-9000系列C型保护测控装置技术和使用说明. 南瑞继保公司. [3]王艾婷，变压器一侧相间故障电压变化分析[J].云南电力技术,2014,15(6):139-142.
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