某110kV主变事故过程仿真分析

李 莉任幼逢徐金雄王 磊

（1. 三峡电力职业学院，湖北 宜昌 443000; 2. 河南省电力公司洛阳供电公司，河南 洛阳 471600）



某110kV主变事故过程仿真分析

李 莉1任幼逢2徐金雄1王 磊2

（1. 三峡电力职业学院，湖北 宜昌 443000; 2. 河南省电力公司洛阳供电公司，河南 洛阳 471600）

文章针对某110kV变电站主变差动保护跳闸事故，结合事故相关检测数据，通过Matlab中的Simulink模块进行仿真，模拟三相三绕组变压器事故经过，还原事故真相，并证明主变跳闸的合理性。

主变；差动保护；仿真；还原；合理性

2013年10月15日，某地区供电局110kV变电站2#主变跳闸，经分析事故经过如下：

1）事故发生前，如图1中k3所示位置，变压器内部B相绕组中低压侧之间绝缘已经降低。

2）2013年 10月 15日 10∶10∶06该站一条35kV线路A相发生接地故障，如图1中k1所示，由于 35kV中性点不接地，接地故障发生后发零序接地告警。该站2#主变中后备保护在事故前零压接地告警启动也证实了这一点。

3）35kV侧A相接地后，由于变压器内部B相绕组中低压侧之间绝缘约 1MΩ，10kV避雷器对地阻抗大于 25MΩ，避雷器承受大部分电压，超过避雷器额定电压17kV，导致C相避雷器击穿接地，在图1中k2所示位置发生接地。

4）C相避雷器接地后，B相绕组中低压侧之间承受全部电压导致击穿，如图1中k3所示，从而形成了如下回路：大地——中压侧A相——中压侧中性点——中压侧B相——低压侧B相——低压侧C相——大地。从而导致主变差动保护动作，同时上述35kV线路过流Ⅰ段动作并重合成功。

图1　中低压侧各故障点示意图

1　事故经过还原

1.1中压侧A相接地提升低压侧电压

由于配置问题，该事故没有录波，先针对上述的第3）点进行仿真，分析在各种情况下，低压侧各相避雷器两端电压情况。

本文采用Matlab中的Simulink模块进行仿真，模拟三相三绕组变压器。接线方式为 Yn/Y/△11，为了方便计算，各侧电压分别为 110kV、35kV、10kV，在中压侧A相接地，k1处接地电阻取1Ω。#2主变 10kV侧避雷器型号：YH5WZ-17，额定电压17kV，查阅国标GB 11032—2000《交流无间隙金属氧化物避雷器》，其直流1mA参考电压不小于25.0kV，也就是击穿前其对地阻抗不小于 25MΩ，所以取k2点对地电压25MΩ。

1）k3处绝缘电阻对低压侧对地电压的影响

在 k1处发生短路的前提下，将 B相变压器绕组分成三等分，在图1中k3所示位置短接B相绕组中低压侧，把中低压侧绕组分为三等份，以0表示图1中B相下端，1表示图1中B相上端，在（2/3、2/3）处短接中低压绕组，分别仿真0.1～1000MΩ时，低压侧各出线对地电压，结果见表 1，当绝缘电阻在故障后实测值1MΩ左右时，C相的电压迅速升高至30kV左右。

表1　k3处不同绝缘电阻时低压侧对地低压仿真结果

2）k3处短路位置对低压侧对地电压的影响

取约等于测量值的1MΩ电阻，仿真各种短路位置时低压侧对地电压见表2。

1.2变压器内部击穿后各侧电流、电压

低压侧C相避雷器击穿后，k3处绝缘电阻两端电压如图2、图3所示，即从3.18kV上升到33.78kV，从而导致变压器内部击穿，形成了短路回路。

计算变压器内部击穿后的故障电流，取35kV侧负荷等于损失负荷12MVA，功率因数取0.8，根据中压侧短路电流2000A估算短路回路阻抗17Ω，分别令各短路点短路阻抗，Rk1=Rk2=1Ω，Rk3=15Ω，对事故进行仿真。

图2　低压侧避雷器击穿前k3处绝缘电阻两端电压

图3　低压侧避雷器击穿后k3处绝缘电阻两端电压

1）变压器三侧对地电压如图4所示，高压侧三相基本不变，中压侧A相和低压侧C相接地后对地电压下降，中压侧B相部分绕组与低压侧B相发生了短路，因而中压侧B相电压相位有变化。

2）变压器三侧电流如图 5所示，高压侧 A相电流最大，而变压器处于不接地系统中无法流通零序，所以高压侧无零序电流，B、C两相电流与 A相基本反相，符合110kV线路对侧变电站录波情况。中压侧A相发生接地短路，电流最大，B、C相为负荷电流。低压侧电流不是变压器绕组电流，而是出线电流，所以其C相电流大小基本等于中压侧A相电流，且相位相反。

3）计算变压器三侧差动电流，由于故障点发生在低压侧电流互感器内侧，图5中所示低压侧C相电流不计入差流。折算到35kV侧的差流如图6中所示，由于变压器内部表现为B相故障，因而B相电流最大；但是变电站安装的保护装置采用折算到10kV侧进行计算，10kV侧采用三角形接线，折算后的差流如图 6所示，A相差动电流最大，达到6000A，超过保护动作定值。

图4　故障后变压器三侧对地电压

图5　故障后变压器三侧电流

4）如果击穿的避雷器位于电压侧电流互感器外侧，则将低压侧C相短路电流计入差流后，由于变压器内部B相中低压侧击穿，差流仍然存在，如图7所示，A相差动电流最大，接近 4200A，变压器差动保护同样会动作。因此，即使低压侧对地击穿点在电流互感器外侧，变压器保护同样可以正确动作。

图6　故障后的差动电流

图7　计入低压侧电流的差动电流

2　结论

由于变压器内部 B相短路阻抗 1MΩ远小于避雷器电阻25MΩ，中压侧A相接地后35kV侧A相电压以及部分的B相电压叠加低压侧，从而抬高了低压侧的对地电压，由于涉及到的电压向量比较复杂，文中采用仿真结果更直观说明事故情况。

仿真结果可知，由于变压器内部B相中低压侧绕组之间绝缘降低，在中压侧A相发生接地后，低压侧各相对地低压升高，其中C相最为严重。当中低压侧绕组之间绝缘电阻小于10MΩ时，低压侧C相电压很可能超过避雷器额定电压17kV；而当绝缘电阻为1MΩ时，无论绝缘降低所在位置在绕组的哪一部分，都会导致C相避雷器两端电压抬升至额定值24kV以上。C相避雷器击穿后，变压器B相中低压绕组之间电压从3.18kV上升到33.78kV，从而击穿绝缘，导致短路。仿真表明无论避雷器在低压侧电流互感器内侧还是外侧，主变差动保护都能正确动作。

仿真结果跟事故中各保护装置记录及动作情况基本能保持一致，表明仿真能切实还原事故经过。

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Simulation Analysis for the Process of a 110kV Main Transformer Accident

Li Li1Ren Youfeng2Xu Jinxiong1Wang Lei2
(1. Three Gorges Vocational College of Electric Power, Yichang, Hubei 443000；2. Luoyang Power Supply Company of He’nan Electric Power Company, Luoyang, He’nan 471600)

This thesis was going to analysis the tripping accident of main transformer’s differential protection at 110kV transformer substation. The writer used the relevant monitoring data to simulate the process and details of the accident by Simulink module in Matlab software. Then to prove the rationality of main transformer’s differential protection.

main transformer; differential protection; simulation; reduction to; rationality

李 莉（1982-），女，湖北宜昌人，讲师，研究方向为电力系统运行、检修方面。