500?kV主變壓器重瓦斯保護二次回路改進

陳星霖，宋傳盼

(深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518000)

0 引言

主變壓器重瓦斯保護裝置反映變壓器繞組匝間短路或內(nèi)部絕緣放電故障，是變壓器的主保護之一。近年來，電力系統(tǒng)時常發(fā)生主變重瓦斯保護誤動而引起的變壓器跳閘事故，嚴重影響電力系統(tǒng)的可靠運行，對此必須采取措施嚴加防范。

1 主變重瓦斯保護誤動原因及防誤動措施

1.1 重瓦斯保護原理

當(dāng)變壓器油箱內(nèi)發(fā)生較嚴重故障時，產(chǎn)生大量瓦斯，變壓器油將以較高速度經(jīng)連接變壓器油箱和瓦斯繼電器的油管沖向油枕。達到一定速度的油流沖擊重瓦斯繼電器，瞬時接通跳閘回路，切斷與變壓器連接的所有電源，從而起到保護變壓器的作用。

1.2 主變重瓦斯保護誤動原因及后果

重瓦斯保護裝置抵抗外界干擾的性能較差，易發(fā)生誤動作。變壓器發(fā)生近區(qū)區(qū)外故障時，穿越性短路電流很大，繞組溫度上升很快，使油的體積膨脹，油隙間的油流速度加快。當(dāng)油隙內(nèi)和繞組外側(cè)產(chǎn)生的壓差變化較大時，重瓦斯保護可能誤動。

某500 kV變電站4臺主變均為日本三菱公司生產(chǎn)的500 kV殼式變壓器，型號為三菱SUB，瓦斯繼電器型號為FUKUDA TOKYO J-4100，整定流速為1 m/s。該站因帶負荷拉刀閘而引發(fā)三相短路，220 kV母差保護動作切除5 M和6 M所有開關(guān)并失壓。由于穿越性短路電流很大，運行在220 kV 1 M和2 M的1，2號主變因本體抗區(qū)外故障能力差，重瓦斯保護誤動作，造成220 kV 1 M和2 M失壓，導(dǎo)致4個220 kV變電站和13個110 kV變電站失壓的大面積停電事故。

1.3 防止主變重瓦斯保護誤動措施

該型號的主變在運行中已相繼發(fā)生多起因外部短路引起的主變重瓦斯誤動作事故，造成比較嚴重的后果。根據(jù)三菱公司的計算結(jié)果：當(dāng)發(fā)生區(qū)外故障時，若主變重瓦斯動作值設(shè)定為1 m/s，當(dāng)本體中壓側(cè)故障電流達到9 kA時，重瓦斯保護可能誤動作。由于500 kV母線及出線近區(qū)故障的主保護和后備保護的動作時間在1 s以內(nèi)，因此可考慮采取主變重瓦斯保護增加1 s延時跳閘的措施(見圖1)，從而保證發(fā)生區(qū)外故障時，避免主變重瓦斯保護誤動。

圖1 重瓦斯保護延時1 s動作

采取“延時保護”策略，雖可能擴大變壓器匝間短路故障范圍及嚴重程度，但從變壓器故障后修復(fù)考慮，與傳統(tǒng)保護方式下故障主變的修復(fù)工作量、復(fù)電時間及成本投入等相比，并未明顯增加。1 s延時可躲過區(qū)外故障時主保護和后備保護的動作時間。這意味發(fā)生區(qū)外故障時，可有效避免該型主變重瓦斯保護誤動作。

據(jù)此，電網(wǎng)公司為防止區(qū)外故障引起三菱500 kV主變重瓦斯保護誤跳閘造成大面積停電事故，提出以下反事故措施。

(1) 當(dāng)變電站存在2臺及2臺以上500 kV三菱主變運行時，要優(yōu)先采取運行方式調(diào)整措施，減少分段運行的母線單元上三菱主變臺數(shù)。

(2) 在未事先限制負荷的前提下，如無法采用運行方式調(diào)整措施，或經(jīng)過方式調(diào)整后，單個分段運行的母線單元(與其他母線無電氣聯(lián)結(jié))上仍存在2臺及2臺以上三菱主變運行的情況時，應(yīng)采取部分主變重瓦斯保護增加1 s延時跳閘的措施。

(3) 如當(dāng)前不具備加保護延時條件的，應(yīng)采取將部分主變重瓦斯保護由投跳閘改投信號的措施。

2 主變重瓦斯保護延時改進方案

某500 kV變電站4臺主變均為日本三菱生產(chǎn)的500 kV殼式變壓器，存在著發(fā)生區(qū)外故障導(dǎo)致主變重瓦斯保護動作風(fēng)險。根據(jù)電網(wǎng)公司要求，該站決定實施主變重瓦斯保護增加1 s延時跳閘的反事故措施。

2.1 4號主變重瓦斯保護延時改進方案

該500 kV變電站4號主變非電量保護采用南瑞繼保變壓器非電量及輔助保護。從4號主變本體來的分相重瓦斯信號經(jīng)重動繼電器(不經(jīng)延時，動作后直接出口)，重動后直接啟動裝置的跳閘繼電器。該保護裝置通過整定相關(guān)定值，即可實現(xiàn)重瓦斯繼電器增加1 s動作延時功能。

從圖2可知，原4號主變非電量保護存在非電量延時跳閘開入端子可用。改造方案為：將4號主變重瓦斯跳閘開入改接至非電量4延時跳閘，即將原本體重瓦斯分相起動回路009，011，013分別改接至8FD24，8FD25，8FD26端子；同時將4號主變非電量保護裝置定值中“非電量4跳閘時限”整定為1 s，“投非電量4延時”控制字整定為“1”，將重瓦斯跳閘的信號回路也改接至相應(yīng)重動繼電器遙信端子。改造后，本體重瓦斯開入經(jīng)過延時出口接點起動跳閘繼電器。

圖2 原4號主變重瓦斯保護跳閘邏輯

2.2 1，2，3號主變重瓦斯保護延時改進方案

該500 kV變電站1，2，3號主變非電量保護采用國電南自變壓器非電量及輔助保護。經(jīng)現(xiàn)場核查及國電南自公司技術(shù)人員確認，上述非電量保護裝置無法通過硬件、軟件升級的方式實現(xiàn)重瓦斯保護延時跳閘，因此采用在重瓦斯跳閘回路中串接外加延時繼電器的方案。由于1，2，3號主變壓器保護配置相同，本文以2號主變?yōu)槔唧w介紹2號主變重瓦斯保護延時改進方案。

2.2.1 原重瓦斯保護跳閘邏輯

來自主變本體的重瓦斯繼電器接點進入2號主變保護屏(C)中的非電量端子4X-42，4X-43，4X-44后，啟動非電量重動繼電器K 1，K 2，K 3。三相非電量重動繼電器的接點并聯(lián)后，通過壓板2XB直接啟動保護裝置的跳閘出口繼電器跳閘，如圖3所示。

圖3 原2號主變原重瓦斯保護跳閘邏輯

2.2.2 延時改進方案1

在圖3的基礎(chǔ)上，增加時間繼電器SJ，延時接點經(jīng)2XB壓板過中間跳閘出口繼電器(見圖4)。

圖4 改進方案1

2.2.3 延時改進方案2

在改進方案1的基礎(chǔ)上，將SJ延時接點的正電源改為與SJ繼電器正電源端并聯(lián)(見圖5)。

圖5 改進方案2

2.2.4 延時改進方案3

為防止時間繼電器可能因生銹、卡澀等原因?qū)е卵訒r接點不能閉合，在改造方案2的基礎(chǔ)上，將時間繼電器的2對延時接點并聯(lián)(見圖6)，以降低重瓦斯保護拒動的風(fēng)險。

圖6 改進方案3

2.2.5 3種方案比較

綜合比較，方案3最優(yōu)。但考慮現(xiàn)場環(huán)境、配線難度以及時間繼電器選擇難易等因素，決定實施改進方案2。3種改進方案的比較如表1所示。

表1 3種改進方案的比較

3 風(fēng)險控制措施

3.1 時間繼電器的選擇

選用性能穩(wěn)定可靠的時間繼電器：型號為ETR4-70B-A，額定電壓為DC 110 V,可選時間為1 s～100 h，有2對延時接點。一對延時接點用于啟動重瓦斯跳閘，另一對延時接點用于啟動錄波。

3.2 控制措施

3.2.1 時間繼電器拒動的風(fēng)險

日常運維工作中加強對時間繼電器的巡視；根據(jù)反措要求，加強對時間繼電器的動作電壓、動作功率和動作時間的測試，接點接觸可靠性的檢查；通過錄波器監(jiān)視時間繼電器的動作行為。

3.2.2 失靈保護未正確隔離誤跳運行設(shè)備的風(fēng)險

編制二次回路施工安全措施單，明確隔離變中失靈啟動、變高開關(guān)失靈聯(lián)跳運行開關(guān)回路，退出相應(yīng)的壓板，并用絕緣膠布封好壓板兩端及對應(yīng)回路端子排。

3.2.3 回路拆接不規(guī)范的風(fēng)險

按二次回路施工要求，做好拆接線記錄；嚴格按回路改進施工圖施工；接線緊固，仔細進行回路動作試驗，確保動作邏輯正確。

4 延時改進驗收

4.1 綜自后臺報文驗收

分別短接A相，B相，C相本體重瓦斯接點，綜自后臺分別收到“2號主變本體重瓦斯動作”SOE動作報文。

以A相重瓦斯動作為例，經(jīng)1 049 ms延時跳開5022開關(guān)，經(jīng)1 062 ms延時跳開5023開關(guān)，經(jīng)1 074 m s延時跳開2號主變變中2202開關(guān)，經(jīng)1 077 ms延時跳開2號主變變低302開關(guān)，符合重瓦斯保護經(jīng)1 s延時動作跳閘要求。

4.2 故障錄波驗收

分別短接A相，B相，C相本體重瓦斯接點。以A相重瓦斯動作為例，錄波器錄到“本體重瓦斯動作”變位，并經(jīng)1 045 ms延時跳開5022開關(guān)，經(jīng)1 060 m s延時跳開5023開關(guān)，經(jīng)1 072 m s延時跳開2號主變變中2202開關(guān)，符合本次本體重瓦斯保護經(jīng)1 s延時動作跳閘要求。

5 結(jié)束語

本文實施的加延時跳閘措施，是針對區(qū)外故障易發(fā)生誤動作的待定主變。該500 kV主變重瓦斯保護經(jīng)1 s延時跳閘改進后，降低了區(qū)外故障引起重瓦斯保護誤動的風(fēng)險，提高了主變運行的可靠性。