寧安330k V變電站1號主變跳閘原因分析及處理

蔣超偉

（國網(wǎng)寧夏電力公司，寧夏銀川 750011）

變壓器作為電力系統(tǒng)中主要的電氣設(shè)備之一，特別是大型變壓器在電力系統(tǒng)安全運行中起著至關(guān)重要的作用，一旦發(fā)生內(nèi)部故障，變壓器保護(hù)的誤動或拒動不但對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行影響大，嚴(yán)重時還會影響對用戶的供電，直接和間接損失很大。西北電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)和降壓變壓器主要是330 kV自耦變壓器，其低壓側(cè)發(fā)生短路故障的幾率較高，短路電流大。因此，準(zhǔn)確和快速切除故障變壓器，對變壓器本身和電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行十分重要[1-3]。

本文以寧夏電網(wǎng)寧安330 kV變電站自耦變壓器的故障情況為例，利用主變差動保護(hù)裝置的故障數(shù)據(jù)，分析了主變故障的實際過程，對今后可能發(fā)生的類似故障的分析具有一定的參考和借鑒作用。

1 故障簡述

2012年2月22日01時10分，寧夏電網(wǎng)寧安330 kV變電站1號主變330 kV側(cè)由熱備用轉(zhuǎn)運行，在合上3332斷路器后兩套主變差動保護(hù)動作，立即出口跳開三相斷路器，經(jīng)保護(hù)、檢修、高壓試驗、油務(wù)化驗專業(yè)工作人員檢查后，根據(jù)保護(hù)動作信息、錄波圖和放電痕跡，查出了故障點。

1.1 故障前運行方式

寧安330 kV變電站330 kV線路全部運行，2號主變運行帶全站110 kV及35 kV負(fù)荷；1號主變?nèi)齻?cè)熱備用狀態(tài)，如圖1所示，并且已進(jìn)行了兩次充電試驗，第一次帶電約10 min，第二次帶電約3 min，兩次充電時裝置無告警信號，所有采樣數(shù)據(jù)顯示均正常，第三次充電時發(fā)生故障。

圖1 寧安1號主變現(xiàn)場接線圖Fig.1 Wiring diagram of the No.1 main transformer on the spot

1.2 主變、保護(hù)配置和動作報告

寧安330 kV變電站的1號主變型號為OSFPSZ10-240000/330,容量240/240/72 MV·A，額定電壓330/121/35 kV，是國內(nèi)某變壓器廠2004年12月出廠的產(chǎn)品。主變一次接線為Y0/Y0/Δ-11，CT二次接線為Y/Y/Y。主保護(hù)配置2套完全獨立的國產(chǎn)主變差動保護(hù)，第一套為諧波制動原理差動保護(hù)，第二套為波形對稱原理差動保護(hù)。

故障發(fā)生后，1號主變保護(hù)等裝置的報文有：

1）1號主變保護(hù)A屏（PST-1202A），保護(hù)動作燈亮，顯示屏顯示差動保護(hù)跳三側(cè)開關(guān)，動作信息如下：

2012年02月22日01時10分6秒075毫秒

000000 ms差動保護(hù)啟動

000022 ms差動保護(hù)出口電流=0.935 A

000029 ms后備保護(hù)啟動

2）1號主變保護(hù)B屏（PST-1202B），PT回路異常、跳閘位置（中壓側(cè)操作箱、低壓側(cè)操作箱）燈亮，動作信息如下：

2012年02月22日01時10分6秒074毫秒

000000 ms差動保護(hù)啟動

000022 ms差動保護(hù)出口短路電流=0.938 A

000029 ms后備保護(hù)啟動

3）3322開關(guān)輔助保護(hù)柜（WDLK-862），跳A、B、C燈（Ⅰ、Ⅱ）亮，動作信息如下：

2012年02月22日01時10分5秒365毫秒

000005 ms突變量啟動

000043 ms瞬時聯(lián)跳本斷路器三相

實測電流：IA=0.915 A，IB=1.003 A，IC=0.937 A；定值IDZ=0.65 A

4）主變故障錄波器屏（SH-2000），3332斷路器開關(guān)位置由分到合再到分，從波形圖看出低壓側(cè)電流啟動和高壓側(cè)電壓啟動。

1.3 故障過程分析

故障時1號主變保護(hù)A屏的各側(cè)波形電流波形如圖2所示，其中Ia1，Ib1，Ic1，Ia2，Ib2，Ic2分別為3332、3330斷路器電流，Ia3，Ib3，Ic3為101斷路器電流，Ia4，Ib4，Ic4為301斷路器電流。裝置采集到電流差動值為0.935 A，大于保護(hù)裝置差動啟動定值0.2 A，故而導(dǎo)致差動保護(hù)動作出口。1號主變保護(hù)B屏各側(cè)電流波形與圖2基本一致，裝置采到的電流差動值為0.938 A，大于保護(hù)裝置差動啟動定值0.2 A，導(dǎo)致差動保護(hù)動作出口。

圖2 主變保護(hù)A屏動作記錄及電流錄波圖Fig.2 Action record of the screen A of the protection of the main transformer and the current waveform record

2 故障原因分析及處理

根據(jù)2套主變保護(hù)裝置的錄波圖，故障電流只在高壓側(cè)存在，中、低壓側(cè)無故障電流，B相故障電流明顯偏向時間軸一側(cè)，存在直流分量，A、C相相對時間軸對稱。B相存在勵磁涌流，可能是發(fā)生故障的誘因。PST-1200裝置防止勵磁涌流導(dǎo)致保護(hù)誤動的原理和技術(shù)已經(jīng)非常成熟，并且適當(dāng)抬高門檻定值就可躲過勵磁涌流。但是，主變故障錄波器屏的錄波圖表明，故障電流存在于主變的高壓側(cè)和低壓側(cè)，如圖3所示；圖4為主變故障錄波器高壓側(cè)故障電流波形圖。

根據(jù)圖2、圖3、圖4，高壓側(cè)電流互感器變比為1000/1，低壓側(cè)電流互感器變比為1500/5，高壓側(cè)換算至一次側(cè)的短路電流約為952 A，低壓側(cè)換算至一次側(cè)的短路電流約為9187 A，考慮到變壓器的額定變比330/121/35，可以初步確定存在一個貫穿主變高低壓側(cè)的穿越性短路電流，而此短路電流未流經(jīng)低壓側(cè)保護(hù)用電流互感器，從而引起差動保護(hù)滿足條件動作跳閘，通過進(jìn)一步對主變低壓側(cè)301斷路器電流互感器配置情分析發(fā)現(xiàn)，主變低壓側(cè)配置2組電流互感器，一組為測量、計量、錄波器提供采樣電流，一組為2套主變保護(hù)提供采樣電流，配置情況如圖5所示。

圖3 主變故障錄波器電流波形圖Fig.3 Current waveforms of the main transformer fault recorder

圖4 主變故障錄波器高壓側(cè)故障電流波形圖Fig.4 Current waveform of fault recorder on the high voltage side of the main transformer

圖5 主變低壓側(cè)301斷路器電流互感器配置圖Fig.5 Configuration of the current transformer of the 301 breaker on the low voltage side of the main transformer

圖5中，測量、計量用電流互感器更靠近主變側(cè)，2套主變保護(hù)裝置中低壓側(cè)無電流，而主變故障錄波器中低壓側(cè)有電流，因此，故障點可能位于2組電流互感器之間。通過對主變低壓側(cè)301開關(guān)柜檢查發(fā)現(xiàn)，連接2組電流互感器的銅牌有放電現(xiàn)象，如圖6所示；用于固定銅牌的螺帽有燒融現(xiàn)象，如圖7所示。

圖6 主變低壓側(cè)電流互感器銅牌放電圖Fig.6 The discharging phenomenon on the copper bar in the current transformer on the low voltage side of the main transformer

考慮到本次屬于變壓器近區(qū)故障，現(xiàn)場初步確定故障原因后，油務(wù)化驗及時取油樣進(jìn)行了檢測，發(fā)現(xiàn)變壓器油樣正常。高壓試驗專業(yè)對主變本體及三側(cè)進(jìn)行了繞組變形、局部放電、耐壓測試等例行檢查性試驗，在對301斷路器電流互感器及35 kV母線交流耐壓試驗時，發(fā)現(xiàn)相間絕緣水平不合格，其他試驗均合格。耐壓試驗時，儀器加壓至60 kV時有明顯放電現(xiàn)象發(fā)生，而規(guī)程要求35 kV相間交流耐壓不低于76 kV。因此，本次跳閘是由于空充主變引起低壓側(cè)過電壓，低壓側(cè)斷路器電流互感器連接銅牌絕緣水平下降導(dǎo)致相間放電，從而產(chǎn)生故障電流引起主變保護(hù)正確動作。

圖7 主變低壓側(cè)電流互感器固定螺母燒融圖Fig.7 The melting phenomenon for the bolt in the current transformer on the low voltage side of the main transformer

3 采取的反事故防范措施及對策

近幾年的幾起330 kV主變故障跳閘，有外部一次設(shè)備絕緣不良和二次設(shè)備出現(xiàn)問題造成的，如瓦斯繼電器進(jìn)水、電流二次回路缺陷等造成的誤動，也有變壓器本體內(nèi)部繞組變形、油色譜出現(xiàn)問題造成的[4-6]，但在其處理過程中往往出現(xiàn)由于對故障原因本身認(rèn)識不準(zhǔn)確、采取措施不到位造成主變停電時間過長、甚至設(shè)備損壞等現(xiàn)象。本次變壓器近區(qū)故障發(fā)生后，采用先從二次準(zhǔn)確找出故障原因及區(qū)域，再從一次專業(yè)方面去驗證的方法，采取正確迅速的措施使故障帶來的損失最小化，得出以下防范措施：

1）建議運行維護(hù)工作中加強巡視，采取診斷性巡視檢查方式[7-9]，如利用紅外測溫等手段，沒有及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備老化、絕緣不良等隱患，及早進(jìn)行處理，盡量將隱患消除在萌芽狀態(tài)。

2）針對投運時間較長，相對比較老化和存在缺陷的主變低壓側(cè)設(shè)備，建議采取創(chuàng)新性針對措施，即高壓試驗專業(yè)考慮將耐壓試驗納入常規(guī)性檢查項目，以防止近區(qū)故障產(chǎn)生的大短路電流造成對主變本體的沖擊。

3）重視主設(shè)備質(zhì)量管理，加強設(shè)備選型、監(jiān)造、入網(wǎng)檢驗、投運驗收、運行檢測等全過程質(zhì)量管理，杜絕缺陷設(shè)備入網(wǎng)，防止設(shè)備損壞[10-11]。

4）本次故障保護(hù)專業(yè)人員以主變保護(hù)裝置波形圖與故障錄波器波形圖相結(jié)合的方式，在現(xiàn)場迅速找出故障原因、查出故障點，縮短了主變停電時間。故障錄波器發(fā)揮了重要作用，其安裝簡便，投資少、作用大，值得繼續(xù)推廣，應(yīng)該擴大其配置面，同時加強運行維護(hù)，確保故障時立即啟動錄波[10]。這也得益于保護(hù)工作人員較強的專業(yè)技術(shù)素質(zhì)。建議繼續(xù)加強專業(yè)技能培訓(xùn)，打造一支專業(yè)性的檢修隊伍，為電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行保駕護(hù)航。

4 結(jié)語

由于空充主變引起低壓側(cè)過電壓，低壓側(cè)斷路器電流互感器連接銅牌絕緣水平下降導(dǎo)致相間放電，從而產(chǎn)生故障電流引起主變保護(hù)正確動作，寧安330 kV變電站1號主變故障跳閘。通過此次故障分析得出，只要認(rèn)真總結(jié)經(jīng)驗，嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)程及反措規(guī)定，采取有力的防范措施，特別針對投運時間較長，相對比較老化和存在缺陷的主變低壓側(cè)設(shè)備，高壓試驗專業(yè)考慮將耐壓試驗納入常規(guī)性檢查項目，能有效防止類似故障的發(fā)生，確保電網(wǎng)長周期安全穩(wěn)定運行。

[1] 賀家李，宋從矩．電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理[M]．北京：中國電力出版社，1994．

[2]史磊，李曉兵．一起330 kV主變差動保護(hù)動作原因分析[J]．電網(wǎng)與清潔能源，2013（4）：13-17．SHI lei，LI Xiao-bing．Analysis of an action of differential protection for the 330 kV main transformer[J]．Power System and Clean Energy，2013（4）：13-17（in Chinese）．

[3] 王世閣，鐘洪璧．電力變壓器故障分析與技術(shù)改進(jìn)[M]．北京：中國電力出版社，2004．

[4] 尹倉武．主變差動保護(hù)誤動及防范措施[C]//第16屆華東六省一市電機工程學(xué)會輸配電技術(shù)研討會論文集，2008：62-64．

[5] 馬玉玲．變壓器零序差動保護(hù)原理及調(diào)試[J]．電網(wǎng)與清潔能源，2009，25（9）：23-25.MA Yu-ling．Zero-sequence differential protection principle and debugging for transformer[J]．Power System and Clean Energy，2009，25（9）：23-25（in Chinese）．

[6] 羅云照，陳朝暉．變壓器零序差動保護(hù)制動電流算法探討[J]．南方電網(wǎng)技術(shù)，2011，5（5）：77-80．LUO Yun-zhao，CHEN Zhao-hui．On the algorithm of resisting current of transformer’s zero-sequence differential protection[J]．Southern Power System Technology，2011，5（5）：77-80（in Chinese）．

[7] 陸東生，何曉明，黃煜銘，等．一起主變差動保護(hù)誤動作原因分析[J]．變壓器，2010，47（9）：1-3．LU Dong-sheng，HE Xiao-ming，HUANG Yu-ming，et al．Analysis of false action of differential protection of main transformer[J]．Transformer，2010，47（9）：1-3（in Chinese）．

[8] 鄭濤，張婕，高旭．一起特高壓變壓器的差動保護(hù)誤動分析及防范措施[J]．電力系統(tǒng)自動化，2011，35（18）：92-97．ZHENG Tao，ZHANG Jie，GAO Xu.Analysis on a maloperation of differential protection for ultra-high voltage transformer and its countermeasure[J]．Automation of Electric Power Systems，2011，35（18）：92-97（in Chinese）．

[9] 焦宇峰，萬康鴻．空投變壓器差動保護(hù)動作分析[J].電網(wǎng)與清潔能源，2010，26（2）：36-39．JIAO Yu-feng，WAN Kang-hong．Analysis of differential protection operation caused by No-Load transformer[J]．Power System and Clean Energy，2010，26（2）：36-39（in Chinese）．

[10]曾妍．變壓器差動保護(hù)誤動與防治措施分析[J].電氣開關(guān)，2012，50（3）：1-3．ZENG Yan．Analysis on the malfunction and preventive measures of differential protection of a transformer[J]．Electric Switchgear，2012，50（3）：1-3（in Chinese）．

[11]張猷.數(shù)字化變電站繼電保護(hù)出口邏輯矩陣研究[J].電力與能源，2012，33（6）:218-232.ZHANG You.A research on the matrix of the digital substion relay protection[J].Electric Power and Energy，2012，33（6）：218-232（in Chinese）.