幾起非電量保護異常引起設(shè)備跳閘／閉鎖的案例分析

帥 勇，劉 赟

（1.國網(wǎng)湖南省電力公司常德供電分公司，湖南常德 415000；2.國網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，長沙 410007）

主變壓器作為電網(wǎng)的核心設(shè)備，在運行過程中出現(xiàn)跳閘將導(dǎo)致負荷損失，給國民生產(chǎn)帶來較大影響。以往主變壓器運維管理對的電氣絕緣性能較為重視，但對主變的非電量裝置的運維管理重視不夠，導(dǎo)致近年來出現(xiàn)了多起由于非電量保護誤動造成的主變跳閘事件。本文通過對近年來幾起典型主變壓器、平波電抗器、換流變壓器設(shè)備跳閘情況進行分析，提出防止主變非電量異常引起保護誤動的防范措施，旨在為主變壓器的運維管理提供參考經(jīng)驗。

1 冷控器全停回路異常引起主變跳閘

1.1 事件情況

2014年1月2日，某330 k V變電站1號非電量保護“風(fēng)冷全停延時跳閘”啟動，1 h后，跳主變?nèi)齻?cè)?，F(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，變壓器運行正常、主變?nèi)齻?cè)斷路器運行正常，僅發(fā)現(xiàn)風(fēng)冷控制箱內(nèi)欠壓繼電器KV1、KV2均處于動作狀態(tài)。

檢查發(fā)現(xiàn)，1號主變測控裝置三側(cè)斷路器分閘燈亮，1號主變非電量保護屏“1號主變冷控失電”信號燈、跳閘信號燈點亮。但檢查變電站綜合自動化系統(tǒng)后臺和調(diào)度監(jiān)控中心主站端發(fā)現(xiàn)，均無“1號主變冷控失電”告警信息。

1.2 原因分析

針對現(xiàn)場和綜自系統(tǒng)檢查情況，結(jié)合風(fēng)冷全停非電量保護原理及二次回路結(jié)構(gòu)進行分析。其冷卻器全停起動保護原理圖如圖1所示。

冷卻器全停起動動作原理：欠壓繼電器KV1、KV2分別接于風(fēng)冷1號電源、2號電源的進線上。當(dāng)進線電壓降低到啟動值以后，欠壓繼電器KV1、KV2勵磁，或四組風(fēng)扇接觸器全部失磁后接觸器觸點KM1、KM2、KM3、KM4全部接通，這兩種情況均可使冷卻器全停瞬動報警起動回路中的交流繼電器K11勵磁，使得冷卻器全停瞬時報警觸點回路中的常開節(jié)點K11閉合，開入至相應(yīng)的非電量保護裝置。當(dāng)達到動作時限（1 h）后出口跳閘。

圖1 冷卻器全停起動保護原理圖

風(fēng)冷全停非電量保護動作原因分析：冷卻系統(tǒng)全停事件前調(diào)度為調(diào)節(jié)系統(tǒng)電壓投入該站電抗器造成35 k V電壓降低，在此期間加上接入該站的風(fēng)電出力變化擾動，導(dǎo)致所用電壓過低，KV1、KV2勵磁啟動風(fēng)冷全停保護回路。當(dāng)風(fēng)電擾動消失，所用電壓有所恢復(fù)，但未達到KV1、KV2繼電器動作返回值，造成風(fēng)冷全停保護一直動作，而非電量保護裝置內(nèi)冷控失電延時跳閘繼電器J1的信號接點在繼電器動作后未接通，造成冷控失電延時跳閘信號未上送。監(jiān)控中心未接收到風(fēng)冷全停告警信號，錯失通知運行人員現(xiàn)場檢查退出該保護機會，保護到時限后主變跳閘。

1.3 防范措施

針對本事件提出以下技術(shù)措施，供隱患排查治理：

（1）結(jié)合檢修對欠壓繼電器KV1、KV2進行校驗，對不滿足檢驗規(guī)程要求的繼電器進行更換。

（2）對強油循環(huán)風(fēng)冷變壓器的風(fēng)冷全停非電量保護裝置的信號，結(jié)合季節(jié)檢查進行定期試驗，包括冷卻器全停啟動和失電啟動，確保信號回路工作正常，消除存在的隱患。

2 瓦斯繼電器振動引起換流變壓器閉鎖

2.1 事件情況

某國產(chǎn)變壓器廠供貨的多個換流站平波電抗器本體瓦斯繼電器在2010年2月、2011年7月、2013年7月相繼發(fā)生了動作，導(dǎo)致單極閉鎖。現(xiàn)場對平波電抗器及瓦斯繼電器進行現(xiàn)場外觀檢查、油樣分析、電氣試驗，結(jié)果均合格，平波電抗器無異常，認為閉鎖事件由瓦斯繼電器誤動作引起。

2.2 原因分析

事件發(fā)生后對全國使用油浸式平波電抗器的16座在運直流換流站進行了排查，并與供貨廠家進行了分析。初步認為Asea Brown Boveri公司（以下簡稱ABB公司）、西安西電變壓器有限責(zé)任公司（以下簡稱西變公司）采用瓦斯繼電器與本體軟連接的方式，本體與瓦斯繼電器之間的振動通過軟連接進行隔離，受本體振動的影響最?。ㄒ妶D2和圖3）。

圖2 西變公司平抗瓦斯繼電器安裝圖

圖3 ABB公司平抗瓦斯繼電器安裝圖

西門子變壓器有限公司采用兩端固定在本體上的方式，與本體振動基本一致（見圖4）。

發(fā)生誤動作的廠家的平抗瓦斯繼電器與油枕采用波紋管連接，與油箱采用管道硬連接，形成懸梁臂結(jié)構(gòu)（相當(dāng)于一端懸空）（見圖5），放大了振動，在平抗經(jīng)受暫態(tài)大電流時，繞組收縮和箱體的輕微變形會引起油向油枕方向涌動，兩者共同作用導(dǎo)致重瓦斯動作。

在事件發(fā)生后，這些廠家對誤動的平抗進行三維模擬仿真，施加7.2 k A電流（持續(xù)時間為60 ms）時，平波電抗器本體箱蓋的振動加速度最大為4G m／s2，瓦斯繼電器最大加速度約達到9G m／s2，超過配置的瓦斯繼電器可承受的最大允許振動加速度（2G m／s2，2～200 Hz），計算結(jié)果表明可能導(dǎo)致瓦斯繼電器誤動。另一方面，這些廠家的平抗瓦斯繼電器動作流速整定值為1.5 m／s，整定值較小易發(fā)生誤動。

圖4 西門子公司平抗瓦斯繼電器安裝圖

圖5 發(fā)生誤動作的廠家的平抗瓦斯繼電器安裝圖

2.3 防范措施

（1）采取加固措施。采取在緊靠瓦斯繼電器油路處安裝抱箍，將管路與平抗本體外殼作剛性連接。

（2）調(diào)整瓦斯繼電器定值。根據(jù)廠家核算結(jié)果，結(jié)合停電檢修將瓦斯繼電器流速定值由1.5 m／s調(diào)整至2.5 m／s。

（3）充分借鑒ABB公司和西變公司經(jīng)驗，研究將瓦斯繼電器與本體采用軟連接的方式，對擬改接的方式應(yīng)考慮施加重力載荷及短路力載荷，仿真分析在這兩種載荷共同作用下的結(jié)構(gòu)的響應(yīng)情況。

4 重瓦斯保護未就地復(fù)位引起主變跳閘

4.1 事件簡介

2013年11月4日，運行人員巡視發(fā)現(xiàn)某220 k V變電站2號主變調(diào)壓開關(guān)油室油位過低，報檢修后計劃于11月6日對調(diào)壓開關(guān)油室進行了帶電補油操作。11月6日14時52分，運行人員將調(diào)壓開關(guān)重瓦斯跳閘改投為信號，15點36分，補油操作完成。期間，監(jiān)控信息顯示，在補油過程中的14點58分，調(diào)壓開關(guān)瓦斯繼電器發(fā)出了重瓦斯動作信號。監(jiān)控告知了變電運維值班負責(zé)人，得到了情況屬實，正在進行補油操作的回復(fù)。

11月7日15點28分，調(diào)壓開關(guān)重瓦斯跳閘改為發(fā)信達到24小時，運行向調(diào)度申請將調(diào)壓開關(guān)重瓦斯發(fā)信恢復(fù)為跳閘。15點30分，操作人員投入壓板前檢查了2號主變保護A屏，發(fā)現(xiàn)WBH-801微機變壓器保護裝置“信號”燈亮，按下復(fù)位按鈕后復(fù)歸，檢查本屏所有保護裝置無異常后，投入調(diào)壓重瓦斯壓板時2號主變?nèi)齻?cè)斷路器跳閘。

4.2 原因分析

由于現(xiàn)場主變檢查外觀無異常，考慮到運行人員操作過保護裝置的復(fù)位功能，對保護裝置進行了詳細的檢查。檢查＃2主變保護A屏屏后調(diào)壓重瓦斯保護動作開入信號帶正電。表明＃2主變保護出口后該信號一直保持。按WBH-801裝置復(fù)歸按鈕，可復(fù)歸WBH-801電量保護裝置液晶屏彈出報文，但不能復(fù)歸WBH-802非電量保護裝置“信號”、“跳閘”燈。

結(jié)合SOE及故障錄播原因分析主變跳閘是由于運行人員在該信號未復(fù)歸的情況下，投入壓板導(dǎo)致主變因調(diào)壓重瓦斯而出口跳閘。而導(dǎo)致信號未復(fù)歸的初步判斷是由于瓦斯繼電器在油流沖動下具有自保持功能，調(diào)壓瓦斯繼電器實物如圖6所示。為此特利用瓦斯繼電器校驗平臺，進行了試驗驗證。

圖6 具有自保持結(jié)構(gòu)的瓦斯繼電器

試驗采用的調(diào)壓開關(guān)瓦斯繼電器上端部位設(shè)置了兩個試驗按鈕，分別為脫扣和復(fù)位。被試品是長征電器一廠1986年生產(chǎn)的QJ2-25型產(chǎn)品，整定油速為1.4 m／s。工作人員將瓦斯繼電器固定到校驗平臺上，當(dāng)油速達到1.145 m／s時重瓦斯動作。試驗完成后，將瓦斯繼電器從校驗平臺上取下，用萬用表測量重瓦斯發(fā)信的輸出接點，在沒有油流的情況下，仍處于導(dǎo)通狀態(tài)。按下復(fù)位按鈕后，輸出接點處于開路狀態(tài)。試驗證明，這類調(diào)壓開關(guān)瓦斯繼電器，當(dāng)重瓦斯動作后，具有自保持功能。

4.3 防范措施

結(jié)合本案例的原因和反映出來的問題，提出以下技術(shù)防范措施：

（1）考慮現(xiàn)有的微機保護裝置的可靠性較傳統(tǒng)的繼電保護可靠性高，且出口傳動均有錄波及相關(guān)信息記錄，所以可以考慮更換需要人工就地復(fù)位的瓦斯繼電器更換為具有自恢復(fù)功能的瓦斯繼電器。

（2）對變壓器本體及調(diào)壓開關(guān)進行補油操作后，應(yīng)檢查瓦斯繼電器的動作信號，必要時由檢修人員處理。

（3）調(diào)度人員在下達投退壓板的指令前，應(yīng)對相應(yīng)設(shè)備和保護裝置的狀態(tài)進行再確認，加強與現(xiàn)場操作人員的溝通。

5 瓦斯繼電器浮球進油起換流變壓器閉鎖

5.1 事件簡介

2010年12月9日，鵝城站極I換流變Y／D A相有載分接開關(guān)油流繼電器誤動，極I閉鎖。2011年3月13日和3月22日，寶雞換流站極I換流變C相本體重瓦斯誤動，極I閉鎖。

5.2 原因分析

初步檢查原因為EMB公司生產(chǎn)的瓦斯繼電器內(nèi)浮球存在質(zhì)量問題，兩個半球熔接時壓接不緊且兩個半球熔接處太薄，檢測過程中沒有發(fā)現(xiàn)熔接處的微小縫隙。運行中變壓器油逐漸滲入浮球內(nèi)，浮球下沉造成瓦斯繼電器跳閘接點接通，重瓦斯保護誤動。

為了更好的提出分析原因并制定防范措施，對浮球的加工流程介紹如下：浮球制造前，EMB公司采購采用特殊尼龍材料制造的兩個半球。將兩個半球卡入熔接機內(nèi)，半球頂部突起用于定位半球在熔接機內(nèi)的位置。

半球固定裝置移動至溫度為430℃的鐵板表面上，半球與鐵板不直接接觸，利用鐵板溫度將半球邊緣熔化，要求熔接介質(zhì)由原有工藝中的鋁材變更為鐵材。兩個半球邊緣熔化后，上半球固定裝置下移，與下半球進行壓接，熔接后形成整個浮球。

5.3 防范措施

（1）根據(jù)分析的原因要求浮球制造按以下措施改進：一是兩個半球熔接后邊緣連接處厚度由小于1 mm增加至2 mm及以上；二是熔接介質(zhì)由鋁材變更為鐵材，以便更好的保持熔接時的溫度；三是熔接時間由43 s增加至53 s。上述改進促使半球熔接更加緊密。

（2）根據(jù)分析的原因要求浮球檢測按以下措施改進：一是卡尺測量浮球邊緣厚度小于2 mm時列為不合格產(chǎn)品；二是在真空容器中注油后在壓力容器中經(jīng)過不注油加壓－1.0 bar持續(xù)5 h；注油加壓－1.0 bar持續(xù)3 h；注油加壓3.0 bar持續(xù)15 h；注油加壓5.0 bar持續(xù)22 h共計4個階段的檢測后，將浮球取出后在燈光下檢測是否滲油，便于浮球內(nèi)氣體的滲出和油的滲入，提前發(fā)現(xiàn)問題。

（3）對目前在運的相同批次的產(chǎn)品應(yīng)盡快在檢修中組織進行更換。另外對新工藝產(chǎn)品應(yīng)加強安裝前可以按照廠家出廠檢測標(biāo)準(zhǔn)進行質(zhì)量抽檢。

6 總結(jié)

變壓器的運維管理，除了重要的絕緣性能監(jiān)測與檢測外，對于平時關(guān)注較少的非電量也應(yīng)該加強運維管理與技術(shù)管理，本論文通過國網(wǎng)公司近幾年的典型案例的分析，有利于提供非電量運維治理的思路與措施，其中重點加強可能引起系統(tǒng)跳閘或閉鎖的冷卻器全停和重瓦斯保護非電量通道的反措管理。

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