肖世辉，李 瑞

（中铁电气化局，1.工程师，2.高级工程师，天津 300380）

1 设备情况

京沪高铁李营牵引变电所位于京沪高速铁路的K 9+333处，为直供加回流的供电模式，承担着为京沪高铁正线（里程为K 5—K 19）、北京动车所和走行线的供电任务。李营牵引变电所的设备结构包括主变压器，其接线方式为VV 形式，电压变换等级为220 KV/27.5 KV，设备厂家为新疆特变；高压侧CT（电流互感器）变比为800/1，低压侧CT变比为2 500/1；进线侧电压等级为220 KV，整体结构为全密封的SF6 GIS 组合电器设备，设备厂家分别为220 KV 的苏州阿海珐和27.5 KV的厦门ABB；微机保护装置型号为TA 21综合自动化系统，设备厂家为成都交大许继有限公司。李营牵引变电所主接线形式如图1所示。

图1 李营牵引变电所主接线示意图

2 故障简介

李营牵引变电所于2012年6月23日21：15：36，1、3#主变主保护装置比率差动元件和差速断元件保护动作，同时1、3#主变后备保护装置1#B 压力释放保护动作，备自投成功。为了查清故障原因，我们注意到故障发生时天气情况为雷阵雨，有大风；首先查阅了相关故障报文，记录如下：

故障序号：21

故障时间：2012-06-23 21：15：36.823

报告类型：变压器主保护

主变号：1,3号主变

跳闸标志：跳闸

故障动作：差动速断元件动作,比率差动元件动

UAB：101.23 V；UBC：104.32 V；UCA：103.57 V；

IA：1.47 A；IB：1.47 A；IC：0.00 A；Iα：0.01A；

Iβ：0.00 A

事件1：1 ms A相差动启动I=1.46 A

事件2：1 ms B相差动启动I=1.47 A

事件3：2 ms A相差动速断启动I=1.46 A

事件4：4 ms A相差动出口I=1.47 A

事件5：4 ms B相差动出口I=1.47 A

事件6：74 ms A相差动返回I=1.30 A

事件7：74 ms B相差动返回I=1.30 A

事件8：75 ms A相差动速断返回I=1.30 A

故障序号：64

故障时间：2012-06-23 21：15：36.888

报告类型：变压器后备保护

主变号：1,3号主变

跳闸标志：跳闸

故障动作：（AT）压力释放1/（BT）压力释放

IA：669 A；IB：575 A；IC：0A；Iα：6 A；Iβ：0A；

Uα：0.35 KV；Uβ：1.72 KV

事件1：0 ms B相过负荷Ⅰ段启动I=245 A

事件2：1 ms B相过电流启动I=493 A

事件3：2 ms A相过负荷Ⅱ段启动I=620 A

事件4：2 ms B相过负荷Ⅱ段启动I=493 A

事件5：3 ms A相过负荷Ⅰ段启动I=620 A

事件6：4 ms α相过电流启动I=7 005 A

事件7：5 ms A相低压启动U=16.32 KV

事件8：5 ms A相过电流启动I=834 A

事件9：84 ms α相过电流返回I=1 572 A

事件10：145 ms B相低压启动U=16.43 KV

事件11：165 ms 压力释放1出口

事件12：193 ms A相过电流返回I=332 A

事件13：194 ms A相过负荷Ⅱ段返回I=152 A

事件14：195 ms A相过负荷Ⅰ段返回I=152 A

事件15：195 ms B相过负荷Ⅰ段返回I=74 A

事件16：197 ms B相过电流返回I=2 A

事件17：198 ms B相过负荷Ⅱ段返回I=2 A

同时，我们还查阅了故障录波图形，分别见图2和图3所示：

图2 后备保护装置故障录波示意图

图3 主变主保护故障录波示意图

3 保护原理

牵引变压器的保护分为电量保护和非电量保护，其中电量保护中的差动保护由于具有延时短和反应灵敏等特点，作为牵引变压器的主保护。差动保护是依据基尔霍夫KCL定律即，它表示变压器侧电流的向量和为零，其物理意义是：当变压器正常运行或外部故障时，若忽略励磁电流损耗及其他损耗，则流入变压器的电流等于流出变压器的电流；当变压器内部有故障时，则流进变压器的电流不等于流出变压器的电流，其差动保护元件动作，切除故障变压器。

李营牵引变电所使用的主变主保护装置型号为WBH-892Z，主变后备保护装置型号为WBH-892H。

1)主变主保护装置为WBH-892Z保护装置。为了便于表达相关原理，现将主变高压侧引入保护装置的电流统一用表示，将主变低压侧引入保护装置的电流折算到主变高压侧的电流用表示。

对于V/V接线变压器有：

V/V接线变压器电流平衡关系：

则差动电流为：

制动电流为：

变压器三相差动保护采用具有比率制动特性的差动保护，特性曲线如图4所示。

图4 比率制动特性曲线

比率差动保护判据为：

式中：ICD为差动电流；IZD为制动电流；IDZ为差动电流整定值；I1为制动电流I段整定值；I2为制动电流Ⅱ段整定值；K1为I 段比率制动系数；K2为II段比率制动系数。

2)主变后备保护装置WBH-892 H 保护装置中设有非电量保护，可实现变压器重瓦斯、轻瓦斯、温度I和II段、油位高和低、压为释放、油压速动等各种非电量信号的出口跳闸或信号指示功能，另外可以根据需要设置低电压启动过电流保护、过负荷保护和零序过电流（电压）等电量保护。

4 故障分析

4.1 馈线保护未启动跳闸原因分析 从图2 可以看出主变低压侧Iα电流，突然从正常值大幅升高至5 100 A 左右，且母线电压Uα大幅降低至16 KV 左右，说明其相关α 馈线侧出现了短路接地故障，但由于未达到α馈线开关跳闸条件（馈线保护有阻抗I、II段距离保护和过电流保护），主要原因是跳闸延时未达要求（从图2 可以看出大电流只持续了三个半周波约为0.07 S，而从相关定值单可得出延时最短的也为0.1 S），所以相关馈线保护装置虽启动，但无任何保护功能出口引起馈线开关跳闸。

4.2 主变差动保护动作原因分析 利用相关数据通过公式2可得出其平衡系数为KPH=2.56，然后从图3 得出的数据和故障报文上给出的数值利用公式（3）和公式（4）得出ICDA=1.46A ＞ISD，满足公式5 的相关保护跳闸判据，所以差动速断元件动作,比率差动元件动作。

初步结论：由于主变后备保护1#主变压力释放保护动作，且综合以上数据综合分析，因此可以初步判定由于主变外部的α馈线侧受到雷雨大风天气的影响产生了接地短路故障，进而引发了1#主变内部发生了接地短路故障。

5 故障原因

经现场技术、检修人员和变压器厂家联合检查确认，发现1#主变低压侧a 套管的连接铜棒与主变绕组的引出线压接部分的连接螺栓未压紧，且此处有明显的放电烧伤痕迹，因此得出以下结论：由于雷雨大风天气对接触网线路的影响，α馈线侧出现了接地短路故障，因此1#主变低压侧产生了大电流。由于此电流电动力的作用，促使主变低压侧a 套管处的绕组和金属导体未压接的连接处产生大范围的电动力振动，使得连接处对主变外壳绝缘距离不足，造成导体部分对主变外壳产生了放电现象，从而使得主变差动速断和比率差动保护动作。

另外由于此次放电产生的电弧对变压器绝缘油进行的分解作用，也使得1#主变的压力释放保护继电器动作。

6 结束语

京沪高铁作为中国高铁走向世界的名片，社会影响和政治影响极其巨大。其中牵引变压器作为牵引供电系统中的核心设备，且在单体设备中造价最高，它的安全运行和牵引供电系统的稳定运行关乎重大的经济和社会效益，为此，很多经验还需要好好地总结和积累，各种各样的问题也需要系统地分析归纳，希望此文能为相关检修和技术人员探索更加有效防范牵引变压器故障、确保高铁运行安全的方法，起到参考和借鉴作用。