牵引变电所运行主变压器常见跳闸及原因分析

摘　要

变电所是电力系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行，是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用

牵引变电所跳闸是牵引供电设备运行状态下不良的直接体现。大容量变压器造价十分昂贵，起故障跳闸会对供电可靠性和系统的安全稳定运行带来严重的影响。所以快速地组织对牵引供电跳闸原因的分析、查找和排除，找到跳闸的真实原因所在，对消除设备隐患，提高牵引供电设备运行质量有着重要意义。

本文对牵引变电所、主变压器的结构、分类、故障的原因等进行了介绍。

关键词：牵引变电所；主变压器；跳闸原因；原理分析

1 绪论

1.1课题背景及意义

牵引变电所主变压器（main transformer for trzction substation)通常的定义是指用在交流牵引变电所中，将直流牵引电力系统中的大容量高压电源，变换成适合直流电力机车牵引系统使用的大容量高压变压器。依照应用范围的差异性，能够将变压器设备进行具体的分类。虽然变压器的类型，容量以及电制等有着很大的区别性，但是所有变压器的工作原理都是大同小异的，其具体的功用就是将电能和电压进行不同级别的转换，以便用电设备更好的使用。变压器是轨道交通牵引变电站中非常重要的电力设备之一。

牵引变电所电机若发生故障跳闸，其中的后果实在是难以想象，而且具体修复的时间、成本以及代价等也是无法估计的。本文将详细介绍牵引变电所的基本定义、主变压器发生故障跳闸的主要原因和如何预防，以及应对故障跳闸的有效对策等。

1.2 国内外研究现状

继电保护，能够在发生危险时第一时间进行故障点的切断，由此可见其对电力系统的安全稳定极其重要。随着计算机科学技术、通信交际技术和电子信息技术等有关科学技术飞速发展进步，使微机继电保护应运而生。而微机继电保护在继电保护技术方面上的巨大突破，也是其在本领域内的革新进步。在信息高速发展的新时代微机保护装置应用范围也发生了巨大变革，同时也将传统变电站转向了数字化新形势。而后愈发多的智能化设备应用在此领域中，同时数字化变电站开始向智能化转变，愈来愈多电气从业者开始研究智能变电站方向进发。在此方面李颖超提道智能变电站多层次化保护方式，及其应用控制系统技术层面和方案计划进行深度研究[1]。吕菊平专门提出了本国智能变电站的继电保护的现实使用方面进行了深度分析和深层次讨论[2]。卢孟杰和刘宏君对智能变电站有关继电保护的架构装置提出了优化方案[3][4]。

据国外学者早期对 IEC 61850 标准进行了详尽细致的研究及智能化变电站的深度研究[8]。顺应着 IEC61852 标准引入的浪潮，及智能化相关装置应用的增加，智能变电站的网络架构装置也愈发被人们重视，在此时国内众多学者开启了这方面的深度发掘。李松蹊对变电站的网络架构设置进行了详细的分析研究，在深层次分析后提出了网络架构的设置优化[9]。孔和琴深刻提出观点即是对通信网络情况进行正常合理规划，以改进其实际时效性[10]。当下对智能变电站领域的研究内容逐渐深入，众所周知的是智能变电站的相关规划也在逐渐完善。

在这些层出不穷的研究中，学者为使变电站更加高效迅速的稳定运行变为现实，一直以来在工作中不停地总结教训经验，不断提出与时俱进的保护安全理念。朱婷华提出观点即是保护就地化，通过这种方式能提升变电站装备信息的集合水平不断发展，此要求符合智能化变电站发展未来所需要求[11]。在就地化保护发展研究的深入进行，我国国网将保护就地化列成了长期发展进行方向。李岩军对就地化未来会面临的困难进行了详细阐述[12]。针对以上困难，相关电气工作者们全部提供了自己观点的方案。裘愉涛指出继电保护的小型化方式和就地化规划[13]。王德林认真讲述了基于随时插随时用就地化保护设备装置的崭新方案规划[14]。陈福锋、李维指出了针对就地化保护的自动化检测设置和智能化监督测试[15][16]。李亮玉阐述了主变有主机的方式，以就地化保护规划和母线无主机就地化安全规划[17]。周小波指出以 HSR（High-availability Seamless Redundancy，高可用性）为基础的方式，即环网分布式安全母线保护就地化实现政策[18]。董贝对于就地化保护的管理化方案单元提出新的建模模式[19]。牛强也提出就地化保护的安全实际问题，创新性提出了一种预制舱防护机制规划[20]。耀凯创新性研究提出就地化安全防护的丢帧困难[21]。吴红建也创造性提出就地化相关网络架构设置困难[22]。总的来说，现代化关于智能变电站的就地化安全防护的研究正在如激烈地铺展在中华大地。

如今的时代，智能化已是不可逆的前进步伐，牵引变电所想要跟进时代潮流，智能化是其中比较重要的一步。为此，在该所的智能化方面，侯启方提供了他对智能化的一些方案以及整体框架[23]。电网变电站在继电保护方面是有比较成功的经验，所以，该所可以向电网变电站学习，但是不能全盘照搬，且在电气方面的工作人员也在这方面做了专项研究。其实，该所在继电保护方面已经有所成就，但在就地化层面依旧毫无进展。

就地化保护有着非常不好的电磁环境，因为在正常情况下它都处在开关场现场，因为电磁环境不好，进而影响它对隔离层的牢靠性，更别说在抗强电影响能力下就地化保护对装置有着更高的要求。吴永康分析了智能变电站数字继电保护装置的电磁兼容[24]。陶骞采取滤波措施减轻了电子式互感器的受到的电磁干扰[25]。中国其实在电磁兼容方面做了非常多的研究，并且总体上来说，也取得了一定的成效。在机理分析上面可以说有非常成熟的研究，也提供了非常多关于电子设备的电磁兼容研究方案。但是研究虽然基本成熟，却没有实际应用，并没有在实际生活中产生生产力。测试修改法大体上还是大多数设备工厂的首选。但是这种设计有非常明显的缺点，大多数都不明确，具有盲目性，基本只能用于一些简单的工厂设备。

2牵引变电所

　2.1 牵引变电所的定义

在电力工程作业中很多时候需要使用到电力机车车辆工作，因此就生成了牵引变电所的定义。所谓的牵引变电所指的是通过主变压器的转化作用将电厂生产的电能经过输电线路输送过来的电能转化成适合电力机车使用的额定电压，再经过接触网等工作场所中。根据变电所的工作类型又能够将其分成两种，其一是直流牵引变电所，指的是通过转化作用将电力信号转变成以上三种交流电之后输送进入工作场所的过程；其二是交流牵引变电所，指的是用于转化电能电压的电压器、配电控制或者是电网保护开关等。

　　2.2 牵引变电所的分类

　　2.2.1 按常用高压输电线的引入方式分类

引入方式经常使用的类型有两种，其一是T接线类型，其二是桥接线类型。其中前者又被称为高压分支接线法，这种接线法不需要引入外部电力系统的电流。后者根据内部接线的方式又能够分成两种，分别是内桥方式和外桥方式，也就是根据接线位置的不同区分的。这种接线方式能够允许外部系统引入变电所。通常情况下，内桥的接线方式能够有效的避免线路故障，因此这种方法经常被使用在故障频发的电路接线过程中，外桥接线方式具有更加方便的安装操作，因此这种接线方式经常被用于频繁更换工作场所的过程中。总的来说，不同的接线方式具有的优势不同，使用过程中应当根据具体的情况判定接线方法。

　2.2.2 按牵引变压器的联结形式分类

联结方面有：单相、单相Vv、三相不等容量YNd11、斯科特联结……现在中国X省使用的还有列勃兰联结。在国外，以日本为主，采用的联结还有伍德桥联结和改进伍德桥联结等。

　2.2.3 按线路承担供电臂的供电任务分类

线路供电方式又能够分成两种，其一是几种线路供电方式，指的是牵引变电所中的所有线路均具有供电臂供电的作用；其二是分散式的供电方式，指的是牵引变电所尽在正常状态下所有的供电线路才会供电，但是在故障过程中，供电线路相邻线路还能够同时保证故障线路上的供电臂供电任务，也就是俗称的越区供电。在现实的供电管理过程中，牵引变电所的供电方式通常是使用前者，也就是几种供电的方式完成供电，分散方式的供电方式并不常见，但是也不能忽视这种供电方式的优势。

　　2.3 主变压器

　　2.3.1 牵引变电所主变压器

GSU，主变压器，一般简称主变，这是一个用来传输变电的总降压变电器，通常是在一个单位或者是变电站中非常重要的一个结构组成。变压器能够实现电压的转变，这一原理就是通过电磁感应实现的。通过电磁感应的转变使得电能的电压完成了改变，该设备是通过多种组件构成的。电力机车的核心部分就有变压器结构，通过变压器能够稳定电力车的工作状态，是电力车正常工作的前提。

主变容量较大，而且性能比较可靠，虽然主变故障率比较小，但是只要有问题出现，一定会产生非常严重的后果。可能会让社会陷入瘫痪，更严重者，甚至会造成大火，影响正常的传输安全。也正是因为主变故障的特殊性，更显示出主变的防范技术有着非常紧要的意义。

　2.3.2 主变压器的组成

主变系统一般的组成有：主变油箱、压力释放器、冷却系统等。此外，主变为了方便监测变压器油在溶解成气体时候的情况，还安装了在线监测气相色谱装置，便于检查设备的运行情况。

（1）铁芯：用硅钢片叠装的，是组成变压器最基本的部分之一，铁芯上面缠绕这变压器的一、二次线圈。

（2）线圈：线圈:是缠绕在铁芯柱外面的线，分为一次线圈和二次线圈，是用铜线和铝线一圈一圈绕起来的立体的圆柱形线圈。

（3）油箱：里面装满变压器油，是变压器的坚实外盾。

绝缘套管:是为了避免线圈的引出线把油箱的油从里面引出到外面时，产生电，引发火灾，所以，必须使用绝缘体。

（5）油枕的存在，是为了存油以及，当油箱少油或者没油的时候，进行加油，始终保证油箱满油状态。而且，油枕的存在，加大了变压器和空气之间的接触空间，进一步加大油恶化的时间。以为，油枕偏面有油位计，随时可以检测油上升或者下降变化。

（6）呼吸器：油枕内部空间大小由变压器油的容积决定，变压器油的体积大小，进出都要经过呼吸器。

（7）瓦斯继电器:是一种保护机制，它处在油箱和油枕连接处，也叫瓦斯保护，安装在油箱和油枕的连接边上，当变压器内部没有问题的时候，信号接通回路，安全，但是当变压器发生问题时，跳闸接通回路。

（8）温度计：用来监测变压器以及油箱上层温度，防止意外。

　2.3.3 变压器的工作原理

变压器能够将电能的电压转变成需要的状态，这一过程就是通过电磁感应原理实现的。首先通过电能转化成电磁能量，再通过电磁感应转化成电能。在一次绕组上施加电压，当电流通过的时候变压器的铁心就会产生交变磁通，通过二次绕组之后就形成了主磁通。绕组的不同侧位置在主磁通的作用下会产生感应电动势。通过改变绕组的匝数就能够实现电能变压转变，实现最终的变电作用。其中的铁芯是硅胶片做成的，在正常工作状态下，绕组形成了电能通路，而铁芯变成了磁通路。

3 主变压器跳闸

3.1跳闸的危害

牵引变电所跳闸被视为牵涉供给电量的设施在运转行进时状态不佳的表现。在一定程度上来说，牵引变压器是在现今条件下牵引变电所的心脏所在，它的跳闸不仅可能会致使牵引变电所的运行出现严重故障，还会危害变电所供电线路的几十公里的瘫痪甚至停止运行。设备安全隐患、意外故障或外界突发原因导致的跳闸，直接严重危害着牵引供电设备的运行安全性。

3.2跳闸的原因

（1）当电器或线路出现漏电的情况，而且漏电多出的电流并不能经过零线，就是直接被导流入大地，当电闸发现到漏电就会保护设施装置跳闸；

（2）当发生危险时会差动保住电流互感器短路或开路，也可以差动保住二次侧线路故障；

（3）主变压器内部机械发生故障，主变压器和其引出线会发生短路情况；

（4）为保装臵上位机系统严重误报或内部系统出现突发故障；

（5）过负荷状况。在日常生活中耗电量过大或出现短路，又或电闸的保护装置突然脱扣；各保护整定值设路不和设备要求，导致用电大设施遭遇超大电流冲击，设置其越过底层真实保护，突然冲到高压变压器而出现保护跳闸。

（6）当各保护整定值出现设臵不当状况时，使得用电设施遭遇到大电流狠烈冲击，越过底层真实保护，突然冲到高压变压器而出现保护跳闸。

（7）又因为保护作用的交流电流阻塞或电压回路突发障碍、直流回路突发障碍、保护电源熔断器意外熔断、保护装置内部障碍及保护出口连接片突然出现未投等状况导致断路器拒绝发动，从而出现越级跳闸的危险情况。

（8）因保护定值设置出现错误导致越级跳闸失灵状况出现。

（9）因断路器自身控制回路发生非同一般的故障、控制回路熔断器突发熔断、机械内部实际故障、操动制动机构故障等情况造成断路器拒绝发动，从而出现越级跳闸的危险情况

　3.3预防跳闸进行的检查

对主变差动、速断、三相过流甚至是重瓦斯跳闸等意外状况进行防范

（1）相关值班人员在外巡察室外110KV流互甚至到27.5KV流互间绝缘是否出现闪络、放电情况

（2）值班人员检查110KV与27.5KV流互二次接线有无松动

（3）对主变进行试验，确认有无异常

（4）对110KV流互与27.5KV流互之间的所有绝缘部件进行测量，确认有无异常

（5）对主变二次回路及保护装臵进行试验，确认有无异常

（6）对主变的油样、气样进行试验分析

（7）必要时对主变进行吊芯检查

主变单相过流跳闸

（1）巡逻安全人员监察馈线电流、馈线保护装臵的同时，甚至会出现故标装臵动作或显示不清等情况

（2）巡逻安全人员监察27.5KV母线绝缘及有关电子设备是否有绝缘击穿、闪络甚至放电情况；27.5kv压互高压熔断器及压互二次保险是否熔断

（3）结合馈线侧设备及27.5KV母线侧设备情况，判断其原因

进线失压跳闸

（1）查看110KV电压指示情况

（2）110KV设备有无绝缘闪络、击穿或放电现象

（3）主变保护有无拒动现象

（4）进线失压保护是否误动

　3.4主变压器跳闸时的注意事项

在我们的日常生活中，当主变压器出现意外跳闸状况后，就应该立刻去厂用配电室认真检测厂用电快切安全情况，如若自动快切没有顺利切换正确，应立刻开启手动抢合措施，在手动快切完毕结束时要真正检测高低压侧负荷实际运行状况，若有突然停止的设施应立刻复位设施，与此同时通知炉、机启动相关设施，以保住生产设施合理正常运营，与此同时班组及主值应检查测发电机灭磁开关控制系统能否联跳，若不能跳闸，应立刻采取手动机制将其进行分闸。

4 案例分析

4.1 案例一：

引发事故过程：于2004年8月25号发事故前期，1号的主变压器为1.8万KVA的最大功率，但运行过程完全正常，而2号则在备用状态。10时12分，继保工作人员在现场测量1号主变压器温度计回路动力是否完好时，用万用表欧姆挡误测有载调压重瓦斯保护回路，造成有载调压重瓦斯回路动力联合触点发生短路，有载调压重瓦斯保护误动作，1号主变压器1101、1001断路器自动跳闸。10时36分，2号主变压器用替代电机送电。

　4.1.1 出现问题的原因

(1)继保人员由于工作责任意识不强，思想麻痹，对万用表挡位未作任何检查，误用欧姆挡进行测量（本该使用电压挡）。

(2)l号主变压器部分控制系统电缆箱内部分端子排、控制系统电缆编号不是很完善，1号主变压器温度计控制回路部分控制电缆、端子排及重瓦斯回路部分控制电缆、端子排没有准确编号。

(3)工作负责人虽然在旁，但未能及时发现并纠正工作人员的不安全活动行为，监护管理不到位。

(4)检修人员自身安全意识不牢，工作不认真，责任意识不强，不认真执行《继保现场保安规定》、DL 408-1991。

(5)目前继电保护设备行业相关技术管理薄弱，制度不健全。二次设计图纸不全。

(6)防止误碰误动的反措不落实。

4.1.2 处理措施

(1)认真贯彻执行监护制度，必须集中精力，认真落实到位，并及时地纠正违反安全的行为。

(2)送变电工区要对所有继电保护设备进行一次全面的检查，检查控制电缆链接回路编号信息是否准确、清晰、完整，核对现场实际接线情况进行图纸整理，使图纸与现场实际接线相符，发现存在的问题立即进行处理。

(3)要进一步加强对继保人员的安全思想教育，提高对工作的责任心，培养严细、准确的安全工作作风。

(4)要定期到现场对一次设备故障情况进行详细的检查，重点是检查变压器有无明显发生故障的现象。

（5）将保护现场、如何断路且发生跳闸、事故现场的检查情况一一进行分析，并将勘察结果与诊断结果尽早汇报于相关部门进行调配。

(6)隔离故障点，如发生故障的变压器和拒动的断路器等，根据有关规定及时拉开失压母线上的各分路断路器。

（7）如果变压器设备设有备用变压器，则应设置及时使用备用，如果设置中并没有自动这一项时，应马上采取使用手动投入。

　4.2 案例二：

发生事故简介：于2018.3.3凌晨，天气雷雨，35KV一变电站的2号变压器发生跳闸现象。通过相关专业的检修人员对事故现场的认真检测与调出当天监控系统相关设备有关动作的记录数据分析，发现在3月3日0：8：58时二号变压器跳闸。众多相关数据表明，在两个小时内多次接收到了有关二号变压器相继发出的相关动作内容的信号。

　4.2.1 事故发生分析：

（1）重瓦斯受到了后台相关设备的保护，变压器的数据显示也并没有很明确的变动信号。对变压器没有出现轻瓦斯动作的讯息，分析后判断故障是由于有载分接开关在该区域当天瞬间下大雨而导致相关设备的绝缘性下降，或者由于线路链接端口短路而引发的反复回路情况而出现跳闸报警。

（2）该站于二零零八年新建并将2号变压器从别地转入到此正式进行投入运行。此变压器安装使用的是厂家给予配备的相关接线盒的链接电缆线，但由于时间长电缆线出现有逐步退化、皲裂的情况，同时因为此区域的3.2夜有着雷雨天气并且雨量相对较大，所以出现设备入水，导致电器的绝缘性能降低，线与线之前出现短路，从而有关开关的重瓦斯不能再继续正常作业。

（3）变压器曾在数月前由于没有及时放置上厂家设置的防雨罩，而受到了极端气候的危害，因此在此电器上非常严重的附着了冻冰的情况。

　4.2.2 处理过程：

当场查验。变压器相关检验人员到达现场后要及时对其认真检验，先检验外观，再检验开关，看其是否有异常体现，油枕封闭完好无任何渗透，小油枕也一样，硅胶的颜色也没有变化，相关设施的所有控制项目都没有提示有异常情况；防爆玻璃正常；变压器没有任何渗透，套管也没有任何变化；对相关开关器械进实施排气，也没有任何气体输出。

经过对发生的情况进行分析和判定，由于重瓦斯出现陆续闪烁的信号内容，鉴于此类情况的发生是因相关设备继出现事故或者反复回路故障所引起的。

出现问题点的巡查。当在场发生的故障需要进行排检时，关注点均在重瓦斯的复回路上，检验2号变压器相关电器的时候，在此设备上出现质量劣化的情况，因此很容易产生直接短路。当再一次对设备进行回路测量时，在公共回路线及主变压器的蓝色线间发生了短路，同时发现曾有过被烧过的裂痕与迹象。

故障的拆除和处理。对气体继电器二次线回路进行了拆除和重新进行连接的安装，并分别进行了有载分接开关重瓦斯、有载分接开关轻瓦斯的试验，结果都显示正常。同时对二号主变压器的绝缘、直流电阻进行了试验，也未见异常。

　4.2.3 整改措施：

（1）进一步强化气体继电器及二次回路检修。

（2）对相关隐患开展排查工作并有相对性的进行整顿。全力排查有关所辖主设备的专项隐忧，对相关问题进行多效果人巡检，并将检测结果分析出的问题存在的弊端，置放于对变电站进行巡检时的主要巡查内容。在相关机器与设备上未配备有防雨罩的情况，应与断电时间结合安排进行整改。

（3）对于工程施工与安装设备检验查收的工作，应结合国家相关部门的设备设施检验查收的每一项标准进行一一排查，严控复检，要完全做到不留弊端，缺欠及盲点。

结论

此文通过实际例子对变压器突然跳闸一事进行了深入分析明确了其中的原因及后续对事故的处理模式，并详细描述了相关设备的组装构成、工作实施原则、突发跳闸后的危机破害、相关原因。从而分析到的几个跳闸原因为：

（1） CT电流互感器出现相关故障，或CT的侧线路故障；

（2）相关设备内部发生故障，变压器内出现短路；

（3）相关工作人员在使用过程中操作不规范等。

通过本次毕业设计，学到了很多知识，巩固了所学的专业知识。但由于相关资料有所欠缺，给出的数据不够充分，自己也对搜集填充有所缺乏，这也是在毕业设计中显露出有欠缺的地方。希望在今后学习中不断加强改正。

致谢

转眼间已经经过了两个多月，在这期间我通过不断的学习已经完成了本次设计。本次论文的选题、设计和具体的编辑过程都包含有笔者满满的艰辛，融合了笔者的心血。通过这段时间的学习提升了笔者的独立自主能力，对笔者的实践能力提升具有重要的作用。在资料收集过程中笔者不仅仅学习了有关本次研究的文献资料，同时也扩展了其他领域的学术知识，提升了自己的视野。本次论文创作从最初的模糊到之间清晰，整个过程体现出了笔者的努力价值，每一次验证的成功也充满着满满的成就感。在这个研究过程中不仅仅只有艰辛和辛苦，同时还具有很高的自我成就感和研究的乐趣。

从论文选题到搜集资料，从写稿到反复修改，期间经历了喜悦、聒噪、痛苦和彷徨，在写作论文的过程中心情是如此复杂。如今，伴随着这篇论文的最终成稿，复杂的心情已经烟消云散，甚至还有一些成就感。

因为笔者自身能力的限制，本次研究还具有很多的缺陷，因此在今后的研究中还应当进一步的完善。

经过本次研究也提升了笔者对学术研究的认识程度，增长了研究经验。通过本次论文研究也是的笔者明白论文的出现是建立在研究的基础上，没有研究就不可能产生成果，就不能形成论文。

最后再一次感谢所有在毕业设计中曾经帮助过我的良师益友和同学，以及在设计中被我引用或参考论著的各位作者。

参考文献

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[2]徐国旺，电力变压器状态检修方法探讨，华北电力大学，2015

[3]李彦哲，胡彦奎，王国等.电气化铁道供电系统与设计，兰州大学出版2013

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[6]林国松，李群湛，牵引变压器差动保护误动原因分析及解决方案

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[9]王力;牵引变压器内部故障的检测与分析,电气化铁道,2002

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