一起變壓器過(guò)激磁保護(hù)誤動(dòng)作事故分析

連 杰，周云安

（安康水力發(fā)電廠，陜西 安康 725000）

2009-03-28凌晨，某水力發(fā)電廠完成3號(hào)機(jī)組大修工作，在進(jìn)行大修后的開(kāi)機(jī)試驗(yàn)過(guò)程中，發(fā)生一起運(yùn)行中變壓器過(guò)激磁保護(hù)動(dòng)作跳閘的事故。事故造成該水電廠全廠廠用電源消失及電廠所在地區(qū)部分停電。

1 事故經(jīng)過(guò)

2009-03-27，3號(hào)機(jī)組大修工作全部結(jié)束后，進(jìn)行了3號(hào)機(jī)組自動(dòng)開(kāi)停機(jī)流程檢查試驗(yàn)、交流勵(lì)磁機(jī)相關(guān)特性試驗(yàn)和發(fā)電機(jī)相關(guān)特性試驗(yàn)，而后準(zhǔn)備進(jìn)行發(fā)電機(jī)-變壓器組遞升加壓、定相試驗(yàn)。遞升加壓試驗(yàn)的方法是把全廠330 kV運(yùn)行元件全部倒至330 kV Ⅱ母線運(yùn)行，然后由3號(hào)發(fā)電機(jī)-變壓器組帶330 kV Ⅰ母線(空母線)零起升壓。電氣一次主接線如圖1所示。

28日00:25，運(yùn)行值班人員將330 kV Ⅰ母線上除母聯(lián)斷路器3300DL外，包括聯(lián)絡(luò)變5B在內(nèi)的其他所有電氣元件倒至330 kVⅡ母線運(yùn)行。00:28:37，運(yùn)行值班人員依令拉開(kāi)330 kVⅠ，Ⅱ母聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)3300DL。00:28:49，該電廠110 kV系統(tǒng)與330 kV系統(tǒng)之間的聯(lián)絡(luò)變壓器5B的過(guò)激磁保護(hù)動(dòng)作出口，聯(lián)絡(luò)變5B三側(cè)斷路器分閘，造成本地區(qū)110 kV系統(tǒng)與330 kV主網(wǎng)系統(tǒng)解列,本地區(qū)部分停電；還造成該電廠全部廠用電源消失，情勢(shì)十分危急。運(yùn)行值班人員立即啟動(dòng)“廠用電源消失事故預(yù)案”，迅速改變運(yùn)行方式，恢復(fù)了廠用電系統(tǒng)，避免了事故進(jìn)一步擴(kuò)大。

2 現(xiàn)場(chǎng)檢查情況

5B過(guò)激磁保護(hù)動(dòng)作后，電氣檢修人員立即到現(xiàn)場(chǎng)檢查處理。現(xiàn)場(chǎng)情況是：5B保護(hù)盤(pán)A柜、B柜的過(guò)激磁保護(hù)功能壓板均投入，A柜、B柜后備保護(hù)出口跳閘燈亮，5B高壓側(cè)開(kāi)關(guān)3305DL、中壓側(cè)開(kāi)關(guān)1105DL、低壓側(cè)開(kāi)關(guān)125DL已分閘；A柜、B柜保護(hù)故障報(bào)告均顯示過(guò)激磁保護(hù)動(dòng)作，330 kVⅡ母A相PT二次電壓達(dá)到75.4 V(超過(guò)1.25倍額定電壓)，運(yùn)行中的330 kV Ⅱ母各元件保護(hù)均發(fā)出“PT斷線”告警；在5B保護(hù)盤(pán)上測(cè)量330 kV Ⅱ母線PT二次電壓依次為Ua=74V，Ub=27V，Uc=2.59V，3U0=104.9V。

現(xiàn)地檢查發(fā)現(xiàn)330 kV GIS開(kāi)關(guān)站母線PT柜，330 kVⅠ，Ⅱ母線PT二次側(cè)小空開(kāi)1ZKK，2ZKK投入；測(cè)量Ⅱ母PT二次側(cè)空開(kāi)2ZKK兩側(cè)電壓全部正常(三相相電壓58 V）；檢查330 kV母線PT切換盤(pán)(9BP)330 kV母線二次電壓時(shí)發(fā)現(xiàn)，330 kV Ⅱ母PT電壓切換前是正常的，切換后電壓不正常(檢查繼電器2ZJ接點(diǎn)前A，B，C三相電壓均為58 V，2ZJ接點(diǎn)后A，B，C三相電壓分別為Ua=75.4 V，Ub=27 V，Uc=2.59 V）；進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)，Ⅱ母PT隔刀2G的重動(dòng)繼電器2ZJ不勵(lì)磁，繼電器線圈開(kāi)路(繼電器型號(hào)為DZ-700，32-65-35-32，1988年10月阿城繼電器廠生產(chǎn))，繼電器1ZJ、3ZJ正常。在換上一個(gè)新的2ZJ繼電器后，330 kV Ⅱ母PT二次電壓恢復(fù)正常，330 kVⅡ母元件保護(hù)“PT斷線”信號(hào)全部復(fù)歸。330 kV母線PT控制原理見(jiàn)圖2。

3 原因分析

如圖2所示，正常運(yùn)行方式下，330 kVⅠ，Ⅱ母PT隔刀1G，2G均投入，因而重動(dòng)繼電器1ZJ，2ZJ動(dòng)作，常開(kāi)接點(diǎn)閉合；3ZJ不動(dòng)作,常開(kāi)接點(diǎn)斷開(kāi)。所以Ⅰ母二次電壓送至A1，B1，C1；Ⅱ母二次電壓送至A2，B2，C2。Ⅰ母上的所有運(yùn)行元件通過(guò)自己的隔刀切換，其保護(hù)裝置使用的330 kV母線電壓為A1，B1，C1；Ⅱ母上的所有運(yùn)行元件也通過(guò)自己的隔刀切換，其保護(hù)裝置使用的330 kV母線電壓為A2，B2，C2。為防止由于小空開(kāi)1ZKK，2ZKK或繼電器1ZJ，2ZJ的原因造成PT二次三相失壓時(shí)各保護(hù)裝置因PT電壓斷線閉鎖裝置無(wú)法動(dòng)作，使阻抗性質(zhì)的保護(hù)裝置誤動(dòng)作，所以在330 kVⅠ，Ⅱ母二次電壓回路A相的小空開(kāi)和繼電器常開(kāi)觸點(diǎn)兩端并了一個(gè)4μF的電容，以使PT二次電壓三相斷線時(shí)通過(guò)A相的電容，保證各保護(hù)裝置PT電壓斷線閉鎖裝置可靠動(dòng)作。

3ZJ的作用是由于某種情況下繼電器1ZJ或2ZJ未動(dòng)作，其常閉接點(diǎn)閉合，而電氣一次運(yùn)行方式為330 kVⅠ，Ⅱ母聯(lián)絡(luò)運(yùn)行時(shí),母聯(lián)隔刀G1，G2投入，母聯(lián)斷路器DL合閘，則繼電器3ZJ動(dòng)作，其常開(kāi)接點(diǎn)閉合，330 kV母線電壓A1，B1，C1分別與A2，B2，C2連通，Ⅰ，Ⅱ母上的所有運(yùn)行元件的保護(hù)裝置使用同一個(gè)母線二次電壓。

3月28日00:25，運(yùn)行值班人員將330 kVⅠ母線上的所有電氣元件倒至330 kVⅡ母線運(yùn)行，這時(shí)330 kVⅠ，Ⅱ母仍聯(lián)絡(luò)運(yùn)行。由于繼電器2ZJ線圈損壞、無(wú)法勵(lì)磁，所以3ZJ動(dòng)作，已倒至330 kVⅡ母線上運(yùn)行的各電氣設(shè)備的保護(hù)裝置所用的母線二次電壓A2，B2，C2通過(guò)3ZJ的接點(diǎn)與Ⅰ母PT二次電壓A1，B1，C1相連。

00:28，運(yùn)行值班人員拉開(kāi)330 kVⅠ，Ⅱ母聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)3300DL，這時(shí)330 kVⅠ母線與所有運(yùn)行設(shè)備徹底分離，Ⅰ母PT的一、二次輸出電壓為0 V；同時(shí)母聯(lián)開(kāi)關(guān)分閘后，其輔助接點(diǎn)DL斷開(kāi)，使3ZJ返回，3ZJ常開(kāi)接點(diǎn)斷開(kāi)。由于2ZJ常開(kāi)接點(diǎn)一直處于斷開(kāi)狀態(tài)，所以此時(shí)Ⅱ母PT的B，C相二次繞組與各保護(hù)裝置電壓負(fù)載斷開(kāi)，而A相二次繞組通過(guò)電容C2接通各保護(hù)裝置A相電壓負(fù)載。感性的保護(hù)裝置電壓負(fù)載與電容C2構(gòu)成串聯(lián)諧振，在負(fù)載繞組上產(chǎn)生了75.4 V的諧振電壓。母線PT的二次負(fù)載通常是三相對(duì)稱負(fù)載Za，Zb，Zc，而該電廠還有部分負(fù)載用的是線電壓Uab(2～4號(hào)發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)用330 kV母線電壓Uab作為系統(tǒng)電壓判據(jù))。圖3為2ZJ損壞后PT二次回路示意。從圖3可以看出，Zab與Zb串聯(lián)后再與Za并聯(lián)，所以B相負(fù)載Zb上的電壓Ub與A，B相間負(fù)載Zab上的電壓Uab之和等于Ua。這就是現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試Ua為74 V、Ub還有27

V、而Uc幾乎為0 V的原因。

變壓器過(guò)激磁保護(hù)是防止大型變壓器因?yàn)殡妷荷呋蝾l率降低而工作在飽和磁密段，使變壓器勵(lì)磁電流增大、內(nèi)部發(fā)熱嚴(yán)重而導(dǎo)致變壓器損壞的裝置。過(guò)激磁保護(hù)整定方法是整定過(guò)激磁倍數(shù)N，其定義為：

其中：B，Be—實(shí)際磁通量和額定磁通量；

Ue，fe—額定電壓、頻率；

U*，f*—電壓、頻率標(biāo)幺值；

過(guò)激磁保護(hù)在變壓器輕微過(guò)激磁時(shí)發(fā)告警信號(hào)，在嚴(yán)重過(guò)激磁時(shí)按反時(shí)限跳閘。

5B過(guò)激磁保護(hù)反時(shí)限定值實(shí)際整定值為：N為1.2倍時(shí)，動(dòng)作時(shí)間40 s；N為1.25倍時(shí)，動(dòng)作時(shí)間10 s；N為1.3倍時(shí)，動(dòng)作時(shí)間5 s。

在這次事故中，A相諧振電壓U超過(guò)額定電壓1.25倍，頻率f變化不大，則變壓器過(guò)激磁倍數(shù)N約為1.25倍。過(guò)激磁保護(hù)從啟動(dòng)到出口跳閘共12 s，可見(jiàn)其動(dòng)作邏輯正確。

4 暴露問(wèn)題

4.1 技術(shù)方面

老式晶體管型和整流型距離保護(hù)的PT斷線閉鎖裝置對(duì)PT三相斷線(三相空開(kāi)全跳開(kāi))無(wú)法正確判斷,所以要求空開(kāi)一相接點(diǎn)并電容,在三相空開(kāi)全跳開(kāi)時(shí)通過(guò)電容偶合電壓,使PT斷線閉鎖裝置正確動(dòng)作而不至引起距離保護(hù)誤動(dòng)?，F(xiàn)在的微機(jī)保護(hù)PT斷線閉鎖由程序判斷,判據(jù)非常完善,任何相別的PT斷線都可正確判斷,所以不再需要并聯(lián)電容。近年來(lái)，該廠330 kV系統(tǒng)所有設(shè)備的保護(hù)裝置已全部更換成微機(jī)保護(hù)，但330 kV PT盤(pán)未更換，沒(méi)有對(duì)PT二次側(cè)空開(kāi)和繼電器接點(diǎn)所并的電容繼續(xù)存在的合理性進(jìn)行認(rèn)真分析，忽視了公共設(shè)備老回路對(duì)新設(shè)備的不良影響。

4.2 管理方面

由于330 kV母線停電機(jī)會(huì)很少，未能對(duì)330 kV母線PT回路按相應(yīng)定檢周期制定定檢計(jì)劃，實(shí)施定檢工作。運(yùn)行近20年，一直沒(méi)有對(duì)330 kV母線PT切換盤(pán)(1～3)ZJ繼電器進(jìn)行檢驗(yàn)，致使繼電器2ZJ損壞未及時(shí)發(fā)現(xiàn)。另外，有關(guān)人員應(yīng)加強(qiáng)學(xué)習(xí)反措要求、熟悉反措內(nèi)容，對(duì)不滿足反措要求的地方，必須及時(shí)提出來(lái)并進(jìn)行修改，不留隱患。

4.3 運(yùn)行方面

PT二次電壓回路公用的切換繼電器、重動(dòng)繼電器是對(duì)全廠安全運(yùn)行比較重要的二次設(shè)備，運(yùn)行人員一定要加強(qiáng)對(duì)這些設(shè)備的巡視和操作監(jiān)視，特別是在倒閘操作的時(shí)候。

5 防范措施

(1) 對(duì)公用設(shè)備、停電機(jī)會(huì)少的設(shè)備制定合理的檢驗(yàn)周期和定檢計(jì)劃，杜絕出現(xiàn)檢驗(yàn)死區(qū)。

(2) 加強(qiáng)設(shè)備監(jiān)視和巡回檢查，密切注意公用繼電器的動(dòng)作情況。

(3) 330 kV任一元件倒閘操作時(shí)，先將5B過(guò)激磁保護(hù)跳閘出口回路退出，待整個(gè)倒閘操作全部完成，檢查正常后，再將5B過(guò)激磁保護(hù)投入。

(4) 建議立即拆除330 kV母線PT二次空開(kāi)A相接點(diǎn)所并聯(lián)的電容。

(5) 將330 kV PT電壓切換盤(pán)進(jìn)行更換，選用可靠的整體電壓切換裝置。

(6) 加強(qiáng)檢修人員技術(shù)培訓(xùn)，提高他們的技術(shù)素質(zhì)和責(zé)任心，嚴(yán)格執(zhí)行繼電保護(hù)定期檢驗(yàn)制度。加強(qiáng)反措學(xué)習(xí)、熟悉反措內(nèi)容，對(duì)不滿足反措要求的地方，及時(shí)提出并進(jìn)行整改。

6 結(jié)束語(yǔ)

自1999年陜西系統(tǒng)變壓器配置過(guò)激磁保護(hù)以來(lái),發(fā)生了多起由于變電站操作不正確以及PT電壓二次回路異常造成的過(guò)激磁保護(hù)不正確動(dòng)作,使330 kV主網(wǎng)變壓器跳閘,給電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)很大影響。而到目前為止,陜西電力系統(tǒng)尚未發(fā)生過(guò)由于系統(tǒng)過(guò)電壓造成的變壓器過(guò)激磁而損壞的事例,根據(jù)陜西系統(tǒng)變壓器過(guò)激磁保護(hù)的運(yùn)行情況,2006-07-04陜西省電力公司曾召開(kāi)“變壓器過(guò)激磁保護(hù)研討會(huì)”。經(jīng)與會(huì)人員討論分析，認(rèn)為應(yīng)將陜西電網(wǎng)所有330 kV降壓變壓器過(guò)激磁保護(hù)暫投信號(hào)，不投跳閘，并以文件的形式向各下屬單位下發(fā)了會(huì)議紀(jì)要，但因某種原因該文件未下達(dá)至該電廠。上述事故發(fā)生后，經(jīng)請(qǐng)示省公司有關(guān)部門(mén)同意，該廠重新制定了相關(guān)設(shè)備的檢修計(jì)劃，并于2009-04-01下發(fā)了《關(guān)于重新調(diào)整5號(hào)主變過(guò)激磁保護(hù)運(yùn)行方式及全廠二次回路檢查整改的通知》，要求過(guò)激磁保護(hù)由投跳閘出口改投發(fā)信號(hào)，拆除330 kV母線PT二次回路空開(kāi)接點(diǎn)上的并聯(lián)電容，同時(shí)對(duì)全廠所有PT二次空開(kāi)、熔斷器、切換繼電器及電壓二次回路進(jìn)行全面檢查。