變壓器的差動保護該如何進行？
通過一起35kV變電站因短路故障造成主變壓器差動保護動作的實例，描述了保護模塊顯示情況、故障點的詳細故障情況等事故發(fā)現(xiàn)的全部過程，并根據(jù)變壓器的試驗結果和檢修中發(fā)現(xiàn)的問題，分析出了變壓器差動保護動作的原因及反事故措施，為以后變電站內不再發(fā)生類似的事故提供一定的借鑒作用。
變壓器的主保護是差動保護和瓦斯保護，其中瓦斯保護是非電量保護，差動保護是電量保護。差動保護是按照循環(huán)電流原理設計的，其保護范圍是主變壓器各側電流互感器之間的一次電氣部分，即主變壓器引出線及變壓器繞組發(fā)生的多相短路、嚴重的單相匝間短路、在大電流接地系統(tǒng)中繞組及引出線上的接地故障。其優(yōu)點是能夠迅速有選擇地切除保護范圍內的故障，接線正確調試得當后不發(fā)生誤動。
某35kV變電站是該鄉(xiāng)鎮(zhèn)的樞紐變電站之一，35kV系統(tǒng)采用單電源供電方式，該站擁有SZ7-6300/35型1號主變壓器和SZ9-6300/35型2號主變壓器各一臺，都是油浸自冷的冷卻方式，10kV系統(tǒng)采用單母線分段接線方式，正常運行方式是兩臺主變壓器分列運行，10kV母聯(lián)（分段）00斷路器在斷開位置，如圖1所示。
圖1 某35kV變電站一次系統(tǒng)運行圖
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事故發(fā)生的過程
2014年12月31日09時30分，山東中北部地區(qū)的氣溫為零下5攝氏度，天氣晴，風力4~5級，監(jiān)控人員發(fā)現(xiàn)一個35kV變電站1號主變壓器差動保護動作，通過視頻監(jiān)控圖像發(fā)現(xiàn)該站1號主變壓器高壓側絕緣套管與鋁排連接處有冒煙、冒火現(xiàn)象，便立即通知變電運維人員，盡快到站處理。
一般情況下，引起變壓器差動保護動作的原因有：
1）變壓器及其套管引出線、各側差動電流互感器以內的一次設備故障。
2）保護二次回路問題引起保護誤動作。
3）差動電流互感器二次開路或短路。
4）變壓器內部故障。
一般變壓器差動保護動作后應按下列步驟進行檢查：
1） 變壓器本體套管有無損傷、放電現(xiàn)象和放電痕跡，變壓器外部有無因故障引起的異?，F(xiàn)象。
2） 變壓器各側斷路器是否全部掉閘。
3） 差動保護范圍內的所有一次設備、瓷質部分是否有損傷、放電現(xiàn)象和放電痕跡，是否有短路現(xiàn)象，有無異物落在設備上或地面上，有無因設備短路燒灼的異物。
4） 檢查故障錄波器打印的報告綜合判斷。
5） 如果因繼電器或二次回路故障、直流兩點接地造成的誤動，應將差動保護退出運行后，將變壓器送電。
操作人員接到通知后，立即趕往該變電站檢查，到站后發(fā)現(xiàn)1號主變壓器上部已經無任何冒煙、著火、噴油、漏油的現(xiàn)象。1號主變壓器的高壓側套管處有嚴重的燒傷痕跡，并有對地放電的跡象，同時A、B兩相的高壓套管與鋁排硬母線和連接線夾處嚴重燒傷，C相高壓套管與硬母線鋁排連接處有不明顯的燒傷痕跡，但高壓套管處有明顯的對地放電痕跡，1號主變壓器故障現(xiàn)場圖如圖 2所示。
圖2 1號主變壓器故障現(xiàn)場圖
該站的1號主變壓器主保護配置采用北京哈德威四方保護與控制設備有限公司的CST31A型系列數(shù)字式變壓器保護，其液晶顯示器內的所有動作報告如表 1所示。
通過表1及現(xiàn)場的情況來看，該站主變壓器三相都有差動速斷動作，動作的二次電流值還很大。
變電運行操作人員根據(jù)調度命令，將1號主變壓器由熱備用轉檢修并做安全措施，許可變電站《事故應急搶修單》后，變電檢修人員開始工作。當工作人員爬到變壓器上蓋時，首先對該變壓器故障點進行了拍照處理，然后進行了詳細的檢查，檢查中發(fā)現(xiàn)：
1）在變壓器大蓋上有些散落的柳樹枝，檢修人員檢查該箱式變電站的北墻處確實有幾棵柳樹（從圖 2中也能夠發(fā)現(xiàn)有部分柳樹），可以證實這些樹枝是冬季大風刮落的樹枝。在這些樹枝中有幾段燒糊的、燒黑的，大部分是未燒毀的。沒有發(fā)現(xiàn)故障點處有搭掛塑料大棚油紙或垃圾塑料紙（袋），更沒有發(fā)現(xiàn)燒焦、燒糊塑料紙（袋）的痕跡。
2）變壓器高壓側A、B兩相高壓套管對地略微有閃絡放電痕跡。雖然該主變壓器高、低壓側三相絕緣套管都涂有長效RTV防污閃涂料，但C相高壓絕緣套管放電閃絡跡象明顯，低壓側A、B、C三相絕緣套管正常，無任何燒毀、放電閃絡現(xiàn)象。
3）該變壓器高壓絕緣套管的引線連接線是硬母線鋁排連接，上面套裝了黃、綠、紅三色的高壓母排熱縮管（硬母線保護套管），在A、B兩相硬母線距離高壓套管約50cm處的護套燒沒了，只看到灰白色的嚴重氧化的鋁母線排。C相絕緣套管上連接的硬母線上面套裝的熱縮管無燒毀現(xiàn)象，瓷群上只有散落的小黑斑點。
4）高、低絕緣套管的瓷群無裂紋、掉落、爆瓷現(xiàn)象，與高壓硬母線連接正常，無炸斷不連接現(xiàn)象。
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變壓器試驗
檢修人員將變壓器高、低壓瓷絕緣套管上的母線連接線拆除，對變壓器進行常規(guī)性試驗，變壓器的試驗檢修圖如圖 3所示。
圖3 變壓器試驗檢修圖
試驗的項目有：
1） 變壓器高、低壓繞組的直流電阻。從檢測結果來看，直流電阻數(shù)值在正常范圍之內，證明各繞組內部接觸良好，無接觸不良的現(xiàn)象。
2） 變壓器繞組的絕緣電阻。從試驗結果來看，絕緣電阻值符合要求，說明該變壓器的繞組沒有發(fā)生絕緣薄弱的地方。
3） 變壓器繞組連同套管的泄漏電流。在一定試驗電壓下，發(fā)生的泄漏數(shù)值與原始數(shù)據(jù)相比較，無明顯變化，即小于或等于50μA。
4） 變壓器繞組連同套管的交流耐壓試驗。試驗人員將該變壓器加壓至出廠耐壓值的85%時，沒有發(fā)生絕緣擊穿現(xiàn)象，說明該變壓器的絕緣良好。
5） 絕緣油試驗。油中氣相色譜分析小于故障值，見表 2。可見，該變壓器油色譜分析指標正常，證明該變壓器內部無潛伏性故障。
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變壓器差動保護動作原因分析
從該變電站事故的動作行為、故障現(xiàn)象、試驗結果三方面來看，這次變壓器故障跳閘是由其差動保護動作的原因所造成，而這次差動保護動作是由1號主變壓器的高壓絕緣套管與硬母線連接處短路所致，這次短路，從事故現(xiàn)場來看，重點在A、B兩相，C相次之，盡管A、B相在短路之前是裝有熱縮管的，不會輕易造成母線短路事故，但這次短路事故還是發(fā)生了。
變壓器故障時，正值冬季寒冷季節(jié)，且天氣無雨雪，從故障點的檢查來看，無電死的蛇、鳥之類的小動物，也無燃燒后的塑料薄膜，從變壓器大蓋上發(fā)現(xiàn)的幾段燃燒后的樹枝來看，可能是弧光短路時的燒焦所致。由于當時的圖像監(jiān)控系統(tǒng)沒有這方面的圖像追憶，因此綜合來看，最可能的故障原因是斷落的樹枝搭到A、B兩相的母排與絕緣瓷套管之間的凹陷處，長期受變壓器的勵磁振動，磨破母排上的絕緣熱縮管后，造成35kV母排間短路事故。
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變壓器故障點檢修
從這次事故發(fā)生的情況來看，在檢修時要重點做好絕緣方面的檢修，對于高、低壓絕緣套管要清掃干凈原來的RTV涂料，清除拉弧弧道，重新涂抹防污閃長效RTV涂料，涂抹要均勻，防止遺留。
在硬母線鋁排上重新套裝母線絕緣熱縮管，母排與絕緣套管要用合格的銅鋁過渡線夾可靠連接，連接面要磨平，無毛刺，涂抹上導電膏，適當加大接觸部位的壓力，減少接觸電阻，做交流耐壓試驗，試驗合格后，最后再用絕緣塑料帶將銅鋁線夾包好（如圖 4所示）。
檢修完畢后，變電運維人員對 1號主變壓器一次性沖擊送電成功，1號主變壓器運行正常。
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變壓器故障后的幾點思考
這次故障雖然發(fā)生在該變電站，但建議其他變電站吸取這次事故的教訓，認真檢查每一個變電站內有無類似的情況，做好防范措施，在以后的運行和檢修工作中，建議切實做好以下幾點：
1） 加大設備的巡視檢查力度，提前發(fā)現(xiàn)設備隱患，將事故消滅在萌芽之中。工作中要切實加強變電巡視人員的安全思想意識，制定詳細的獎勵和考核機制，提高巡視人員的巡視工作質量，可按照正常的巡視周期，采用人工巡視和電子圖像監(jiān)控相結合的方式進行巡視，進一步消除人工和電子巡視的盲區(qū)，徹底消除相互巡視不到位的情況。
2） 近期在對所有變電站巡視時，要檢查變電站周圍有無高桿樹木，距離變電站10m以內的樹木要上報供電部門，采取有效措施，及時將違章樹木清除掉。
3） 將變壓器高、低壓側的瓷質絕緣套管檢查一遍，若發(fā)現(xiàn)無涂或漏涂以及失效的RTV長效防污涂料的情況，要及時補涂。將硬母線上的絕緣熱縮管檢查一遍，發(fā)現(xiàn)有龜裂、酥化的情況，要及時上報，及時安排進行重新套裝。
4） 切實做好冬季“四防”工作，重點做好防止小動物的措施，要檢查變電站內是否有小動物經常出沒的地方，發(fā)現(xiàn)一處處理一處，切實堵住小動物出沒的通道。
本文從一個35kV變電站內1號主變壓器差動保護動作的發(fā)現(xiàn)過程和試驗結果，分析了差動保護的動作原因和檢修的全部過程，制定了詳細的防范措施。可為類似事故的處理和預防起到借鑒作用，從而進一步保證電力設備的安全穩(wěn)定運行，保障電力系統(tǒng)的供電可靠性。
變壓器的套管該如何維護？
在套管大修的裝配中應特別注意以下幾點：防止受潮。裝配中除要有清潔干燥的條件以外，最好能在40-50℃溫度下進行組裝。因為電容芯子溫度高出環(huán)境溫度溫度10-15℃時能減少受潮的影響，所以最好在組裝前將套管的零部件和電容芯子加熱到70-80℃，保持3-4h，以便排除表面潮氣，盡可能在溫度尚未降低時裝配完；套管頂部的密封。套管頂部的密封可分為套管本身的密封和穿纜引線的密封。現(xiàn)在大多數(shù)變電站的主變壓器的儲油柜頂裝有彈性波紋板，它與壓緊彈簧共同對由溫度變化起調節(jié)作用。在組裝彈性波紋板時，導管上的正、反壓緊螺母之間的密封環(huán)與儲油柜上的密封墊一定要配合妥當，防止波紋板拉裂，以達到密封的效果。套管引線是穿纜式結構，如果頂部接線板、導電頭之間密封不嚴密，雨水會沿套管頂部接線板、導電頭及電纜線順導管滲入變壓器內部。水分進入變壓器引線根部，將會導致受潮擊穿，造成停電。為避免這種情況，必須用螺栓壓緊，保證密封；中部法蘭的小套管。電容屏的最外層屏蔽極板即接地電屏，用一根1.5mm2的軟絞線，套上塑料管引到接地小套管的導電桿上，此套管叫測量端子，裝配時要注意小套管的密封和引出軟線的絕緣。檢修時，應將套管水平臥倒，末屏小套管朝上，卸開小套管即可檢查末屏引線等情況，還可以作相應的修理。在套管運行和作耐壓試驗時，其外部接地罩應良好接地；均壓球調整應適當。均壓球在中心導管尾部，沿導管軸向可以上下擰動，以便能與主體引線裝配配合。均壓球必須擰緊，否則會發(fā)生均壓球與套管間放電。均壓球除了遮擋住底部、螺母、放油塞等金屬件外，還要滿足電氣強度的要求，即調整均壓球的位置，可以縮小套管尾部到油箱壁的絕緣距離及繞組的爬電距離，改善輻向和軸向的電位分布。如調整不當，球面會產生滑閃放電，造成介質擊穿，對套管的電氣性能危害很大；油樣閥、放油塞的質量要好，不得有銹跡；膠墊的質量應良好；真空注油時，應首先建立真空，檢查套管各部分密封情況，然后保持殘壓在133.3Pa以下，按規(guī)定時間注油。注油后破壞真空時，套管油位稍有下降，若有缺油現(xiàn)象需及時加油。考慮到取油樣，應略多注一些油。
套管做試驗特別是測量介損時要注意其其放置的位置，因為套管的電容小，當位置不同時，因高壓電極和測量電極對未完全接地的構架、物體、墻壁和地面的雜散阻抗的影響，會對套管的實測結果有很大影響。不同的位置，這些影響又不相同，所以往往出現(xiàn)分散性很大的測量結果。因此，測量介損和其它試驗時，應把套管垂直垂直放置在妥善接地的套管架地進行，不要把套管水平放置或用絕緣索吊起來在任意角度進行測量，以保證測量數(shù)據(jù)的準確。
檢修維護人員應注意以下問題： 試驗人員拆接末屏小套管引線時，應防止導桿轉動或擰斷接地引線，試驗后應恢復原狀。根據(jù)我的工作經驗，試驗結束后可用萬用表來測量末屏是否接地，這是檢查末屏接地拆除后是否已經恢復的一種比較可靠的辦法；取油樣人員工作結后，應擰緊采樣閥；拆接引線人員，上下套管時應注意防止套管破損；檢修人員應觀察套管油位并及時補油。
另外，檢修維護人員應熟悉套管的技術要求。首先要熟悉套管的技術性能，如套管出廠時的主要試驗項目有介損測量、局部放電測量、工頻耐壓試驗、密封性試驗、以及外觀和尺寸檢測等。其次要熟悉套管的使用條件，如套管安裝的周圍環(huán)境溫度為-40～+40℃，在變壓器上的安裝角度與其垂直軸線之間不超過30°等。檢修維護人員還應當做到：利用一切停電的機會認真檢查套管，及時消缺，排除隱患；嚴把質量關，所購檢修維護材料均經有關方面驗收認可；不斷提高自己的專業(yè)技術水平，確保檢修質量。