侯梧岳
（国网湖北省电力有限公司检修公司湖北宜昌443000）
摘要：本文根据现场实际故障情况，分析换流站站用变压器故障原因，对具体故障原因有一定的了解后，再根据现场工况、故障报警和信号变化，提出相关处理步骤和建议，供之后发生相似故障或事件参考。
关键词：换流站站用变压器；故障分析；处理建议；
1故障介绍
3月9日，江陵换流站运行人员在合上35kV开关310对站用变压器31B进行空载充电时，事件记录发变压器差动保护动作信号，随后35kV开关310开关跳开。故障时事件记录如下图：
2故障检查处理过程
现场对故障变压器控制保护系统ACP71和ACP72主机内站用变保护CT、PT回路、31B站用变压器本体报警及跳闸回路进行了检查，未发现异常，事件记录也无任何本体保护动作信号。检查变压器本体无异常，变压器油化试验结果正常。检查故障录波图发现，在31B站用变空载充电时，站用变一次侧三相电压正常，但A、C相电流存在较大的励磁涌流（电流峰值576A）。站用变保护故障录波如下图：
3原因分析
从故障录波图上可以看出，A、C相电流明显偏向时间轴的一侧，波形之间存在间断角，均为励磁涌流的特征。31B站用变压器高压侧额定电流为82.5A，而A、C相电流峰值达到500A以上，低压侧无负荷。
站用变压器31B差动保护（TRP20-1）将35kV变压器高/低压侧二次电流引入量在软件中转化为一次电流后求差再与保护定值进行比较作为保护的有效判断，保护是在ACP71/72主机的comm软件中实现，差动保护定值是一个曲线，随制动电流大小的变化而变化。制动电流计算公式如下所示：
制动电流与定值对应关系曲线如下，图中basicoperationlevel=40A，
unrestrainedoperationlevel=1200A，
break0=80A，
break1=500A，slope1=slope2=0.3。
在站用变压器31B空载充电时，站用变压器一次侧三相电压正常，但A、C相电流存在较大的励磁涌流（电流峰值576A），31B站用变额定电流为82A，。因为站用变压器31B为空载状态，站用变二次侧电流为0，此时制动电流有效值为318/2=159A，对应计算出定值为159x0.3=47.7A，而差动电流为318A。因而在充电时导致31B站压器用变差动保护跳闸。差动保护动作正确。
站用变压器31B差动保护（TRP20-1）具备二次谐波制动的功能，但是没有动作去闭锁差动保护。其二次谐波制动系数定值设定为0.2。
差动保护作为变压器主保护最关键的问题就在于励磁涌流引起的保护误动作，由于励磁涌流中包含大量高次谐波，而以二次谐波为主，故二次谐波原理被用于制动励磁涌流。常规采用的励磁涌流方式会出现故障变压器空投时非故障相闭锁故障相的现象，导致变压器保护延时动作，不能迅速切除故障，降低超高压系统中变压器保护的性能。因此，二次谐波制动系数的选择尤为重要。目前国内保护装置通常选择0.1-0.2作为二次谐波制动系数的整定范围，江陵换流站31B保护即取0.2，显然本次没有能起到制动励磁涌流的作用。所以问题的焦点集中在“二次谐波制动系数”的设置上。
查对该保护的说明书，保护采用按相闭锁的方式，比率差动保护采用三相差动电流中的二次谐波作为励磁涌流闭锁的判据，其动作方程表示为
Id2j>Kxb×Idj
式中Id2j——A、B、C三相差动电流中的二次谐波电流；
Kxb——二次谐波制动系数；
Idj——为对应的三相差动电流。
该保护规定“二次谐波制动系数Kxb”整定范围为0.1～0.35，说明“利用二次谐波制动，制动比为15%～20%”，因此在该主变压器新投运前对“二次谐波制动系数Kxb”的整定考虑取值为0.2。
分析：“二次谐波电流Id2j”的大小与空载投运时断路器的合闸角有关，当电压过零时合闸角幅度最小，当电压最大时合闸幅值最大。此110kV主变压器的“二次谐波制动系数Kxb”的整定值为0.2，在电压过零时合闸时有可能使“Id2j>Kxb×Idj”不满足而导致空载投运不成功。所以决定将“二次谐波制动系数Kxb”调整为0.15，使“Id2j>Kxb×Idj”成立。确定调整方案后，随即通知当值调度指令变电站
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现场将2#主变压器的“二次谐波制动系数Kxb”由0.2调整为0.15。此系数更改后，当值调度随即指令变电站现场对2#主变压器重新进行充电工作，经过充电正常检查后，该主变压器顺利投运，并正常运行至今。
4处理及建议
显然将二次谐波制动系数整定为更小的值在某种程度上可以更可靠的制动励磁涌流，但同时也存造成变压器带故障合闸时保护拒动或者长延时动作的可能。励磁涌流的大小和衰减时间，与外加电压的相位、铁心中剩磁的大小和方向、电源容量的大小、回路阻抗以及变压器容量大小和铁心性质都有关系。变压器带长线内部故障时，由于电感和电容发生谐振，短路电流中的谐波含量会明显增加，从而给二次谐波制动比的整定带来了困难。当谐波制动比小于20%时，出口需要的时间会更长。因此带长线的变压器发生匝间故障时，二次谐波制动可能将故障电流误判为励磁涌流，从而闭锁保护。
虽然三相涌流中可能有一相涌流的二次谐波成分小于10％，但是至少会有一相涌流的二次谐波成分较大。因此，二次谐波仍然是励磁涌流的一个典型特征。对于500kV超高压输电系统，特别是西北电网的750kV特高压系统，使用国外进口的大型电力变压器，这种变压器由于使用了高性能的铁芯、其磁滞的影响将大大减小。在使用时应适当降低二次谐波制动比整定值。有专家表示适宜的范围在15%-17%。
二次谐波制动的变压器差动保护应用其效果是肯定的，但是对于二次谐波制动原理来说，仍存在这方面或那方面的不足。因此实际应用中，应该寻找新的原理和依靠辅助判据来弥补二次谐波制动原理的不足，提高超高压变压器保护的综合性能。
作者简介：
侯梧岳（1981-），男，工程师，从事换流站运维检修工作。