防止大穿越電流引起瓦斯保護(hù)誤動(dòng)的解決方案

晉龍興，谷斌，王世祥，肖碩霜

（深圳供電局有限公司，廣東　深圳　518000）

?

防止大穿越電流引起瓦斯保護(hù)誤動(dòng)的解決方案

晉龍興，谷斌，王世祥，肖碩霜

（深圳供電局有限公司，廣東深圳518000）

〔摘 要〕分析了大穿越電流引起瓦斯保護(hù)誤動(dòng)的機(jī)理，提出了5種防止瓦斯保護(hù)誤動(dòng)的解決方案并分析了各方案的優(yōu)缺點(diǎn)；結(jié)合其中2種方案，以增加電氣量閉鎖邏輯為主，增加1s延時(shí)為后備，構(gòu)成了一種完善的瓦斯保護(hù)主后備解決方案；最后，針對(duì)現(xiàn)有增加瓦斯保護(hù)延時(shí)的解決方案，提出了4點(diǎn)運(yùn)維建議，以有效預(yù)控該方案存在的風(fēng)險(xiǎn)。

〔關(guān)鍵詞〕大穿越電流；瓦斯保護(hù)；誤動(dòng)；電氣量閉鎖

0　引言

瓦斯保護(hù)是變壓器的主保護(hù)，其優(yōu)點(diǎn)是能夠反映變壓器的所有內(nèi)部故障且靈敏度高；缺點(diǎn)是導(dǎo)致其誤動(dòng)的因素較多，如大穿越電流、勵(lì)磁涌流等，其中大穿越電流導(dǎo)致瓦斯保護(hù)誤動(dòng)的問(wèn)題尚未有完善的解決方案。

2010-05-06，某供電局某500kV變電站2號(hào)主變重瓦斯保護(hù)誤動(dòng)作。2014-04-11，另一供電局某500kV變電站由于區(qū)外短路故障，造成1，2，3號(hào)主變重瓦斯保護(hù)誤動(dòng)作，引起4個(gè)220kV變電站、13個(gè)110kV變電站失壓。因此，研究防止大穿越電流引起瓦斯保護(hù)誤動(dòng)的解決方案，對(duì)于預(yù)防大面積停電事故具有重要意義。

1　大穿越電流引起瓦斯保護(hù)誤動(dòng)的機(jī)理分析

1.1瓦斯保護(hù)動(dòng)作原理

以雙浮子瓦斯繼電器為例，電量故障時(shí)瓦斯保護(hù)的動(dòng)作原理如圖1所示。當(dāng)主變內(nèi)部發(fā)生輕微故障時(shí)，繞組局部過(guò)熱分解變壓器油產(chǎn)生少量烴類氣體，氣體聚集到瓦斯繼電器頂部使得上浮子F1下移，輕瓦斯信號(hào)接點(diǎn)S1接通發(fā)報(bào)警信號(hào)。當(dāng)主變內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，短路電流分解變壓器油產(chǎn)生大量烴類氣體，形成高溫高壓的油流沖擊擋板，使下浮子F2下移，重瓦斯接點(diǎn)S2接通出口跳閘。

圖1　瓦斯保護(hù)動(dòng)作原理

1.2大穿越電流下繞組的受力分析

根據(jù)減極性原則可知，當(dāng)主變流過(guò)大穿越電流時(shí)，主變內(nèi)側(cè)和外側(cè)繞組流過(guò)的電流方向相反，如圖2所示。

圖2　大穿越電流下內(nèi)外側(cè)繞組電流方向

以俯視角度觀察變壓器的內(nèi)側(cè)繞組和外側(cè)繞組，其電流方向如圖3所示。其中，Ik1為內(nèi)側(cè)繞組電流，Ik2為外側(cè)繞組電流。

圖3　俯視角度下內(nèi)外側(cè)繞組電流方向

根據(jù)左手定則分析大穿越電流與軸向漏磁之間的相互作用，變壓器內(nèi)外側(cè)繞組的受力情況如圖4所示。其中，Bz為軸向漏磁磁感應(yīng)強(qiáng)度，×表示的方向?yàn)榇怪奔埫嫦騼?nèi)。由圖4可知，在軸向漏磁的作用下，內(nèi)側(cè)繞組受到向內(nèi)的輻向擠壓力，外側(cè)繞組受到向外的輻向拉伸力，其大小均為Fh。

圖4　軸向漏磁下內(nèi)外側(cè)繞組的受力情況

同理，分析大穿越電流與輻向漏磁之間的相互作用，變壓器內(nèi)外側(cè)繞組的受力情況如圖5所示。其中，●表示的方向?yàn)榇怪奔埫嫦蛲猓珺h1-Bh4為輻向漏磁磁感應(yīng)強(qiáng)度。在輻向漏磁作用下，內(nèi)外側(cè)繞組均受到軸向的擠壓力。

圖5　輻向漏磁下內(nèi)外側(cè)繞組的受力情況

1.3大穿越電流引起重瓦斯保護(hù)誤動(dòng)分析

大穿越電流引起油流突變加速是導(dǎo)致重瓦斯保護(hù)誤動(dòng)的主要原因，具體分析如下。

大穿越電流與軸向漏磁的相互作用，使得內(nèi)側(cè)繞組受擠壓變形嚴(yán)重，產(chǎn)生很多“空隙”；大穿越電流與輻向漏磁的相互作用，使得繞組線餅與線餅之間、線餅與墊塊之間以及墊塊與墊塊之間受到軸向擠壓力，從而導(dǎo)致繞組線餅也出現(xiàn)“空隙”。變壓器油迅速進(jìn)入這些空隙，使得空隙內(nèi)油的壓力顯著高于繞組外側(cè)油的壓力，進(jìn)而促使主變油流速度突然大幅度提升。突變的高速油流沖擊瓦斯繼電器擋板，導(dǎo)致重瓦斯保護(hù)誤動(dòng)。

此外，由于大穿越電流為交流電流，繞組受力將發(fā)生周期性變化，這也可能引起主變振動(dòng)，進(jìn)而導(dǎo)致重瓦斯保護(hù)誤動(dòng)。

2　大穿越電流引起瓦斯保護(hù)誤動(dòng)的解決方案

2.1調(diào)整系統(tǒng)運(yùn)行方式

根據(jù)日本三菱公司的分析計(jì)算結(jié)果可知，當(dāng)500kV主變重瓦斯保護(hù)動(dòng)作值設(shè)定為1.0 m/s，中壓側(cè)故障電流達(dá)到9 kA，或主變重瓦斯保護(hù)動(dòng)作值設(shè)定為1.5 m/s，中壓側(cè)故障電流達(dá)到13 kA時(shí)，重瓦斯保護(hù)可能誤動(dòng)作。因此，通過(guò)調(diào)整運(yùn)行方式，使得當(dāng)主變附近發(fā)生區(qū)外故障時(shí)流過(guò)主變的穿越短路電流小于9 kA或13 kA，則可有效防止重瓦斯保護(hù)誤動(dòng)。

2.2提高油流繼電器整定值

通過(guò)適當(dāng)提高重瓦斯保護(hù)油流速度整定值，可防止主變附近區(qū)外故障重瓦斯保護(hù)誤動(dòng)。但此方案降低了保護(hù)的靈敏度。

2.3提高主變生產(chǎn)工藝

由大穿越電流引起主變瓦斯誤動(dòng)的機(jī)理可知，繞組受短路電流電磁力作用產(chǎn)生形變是引起油流突變加速的主要原因。因此，可通過(guò)提高變壓器生產(chǎn)工藝，增強(qiáng)繞組內(nèi)部的絕緣水平、力學(xué)特性和機(jī)械穩(wěn)定性，使大穿越短路電流流過(guò)繞組時(shí)，繞組形變極小，不足以引起油流突變加速。

2.4增加瓦斯繼電器動(dòng)作延時(shí)

當(dāng)主變區(qū)外設(shè)備發(fā)生短路故障時(shí)，故障設(shè)備的主保護(hù)將瞬時(shí)動(dòng)作切除故障。若增加重瓦斯繼電器動(dòng)作延時(shí)，且該延時(shí)能夠可靠躲過(guò)區(qū)外故障切除時(shí)間和瓦斯繼電器的返回時(shí)間，則可防止瓦斯保護(hù)誤動(dòng)。根據(jù)南方電網(wǎng)公司反措規(guī)定，該重瓦斯繼電器的延時(shí)整定為1s?，F(xiàn)場(chǎng)可根據(jù)非電量保護(hù)配置情況，采用相應(yīng)的方法加以改進(jìn)。

2.5增加電氣量閉鎖邏輯

主變差動(dòng)電流保護(hù)也是主變內(nèi)部故障的主保護(hù)。差動(dòng)電流保護(hù)的靈敏性低于瓦斯保護(hù)，但其選擇性明顯優(yōu)于瓦斯保護(hù)，能可靠辨別區(qū)內(nèi)故障和區(qū)外故障。因此，可利用差動(dòng)電流保護(hù)良好的選擇性，閉鎖近區(qū)外故障瓦斯保護(hù)誤動(dòng)。

由于工頻變化量差動(dòng)保護(hù)能靈敏反應(yīng)2％匝短路的輕微匝間故障，因此，可先以工頻變化量不啟動(dòng)作為故障點(diǎn)在區(qū)外的判別條件；再以發(fā)生短路故障時(shí)，高壓側(cè)電流Ih大于中壓側(cè)和低壓側(cè)母線上所有線路末端的最小短路電流Ih set作為故障點(diǎn)在主變附近的判別條件。若這2個(gè)條件同時(shí)滿足，則發(fā)生近區(qū)外故障，閉鎖瓦斯保護(hù)。

為進(jìn)一步提高瓦斯保護(hù)的可靠性，克服工頻變化量差動(dòng)保護(hù)對(duì)匝間短路靈敏性不足，對(duì)鐵芯過(guò)熱燒傷、油面降低等無(wú)法反映的缺點(diǎn)，以增加電氣量閉鎖的瓦斯保護(hù)作為主保護(hù)，以增加1s延時(shí)方案為后備保護(hù)，2者按“或”邏輯出口跳閘，如圖6所示。

上述5種解決方案的對(duì)比分析如表1所示。

3　500kV主變運(yùn)維的合理化建議

隨著主變運(yùn)行時(shí)間的增加，其各方面性能也在緩慢下降。每次大穿越電流沖擊主變時(shí)，主變繞組的形變及對(duì)其絕緣造成的損傷也將逐漸累加。當(dāng)繞組形變和絕緣損傷積累到一定程度時(shí)，不僅可能導(dǎo)致瓦斯保護(hù)誤動(dòng)，也容易誘發(fā)主變內(nèi)部故障。

表1　5種解決方案的對(duì)比分析

由于增加1s延時(shí)的解決方案能夠在風(fēng)險(xiǎn)可控的情況下最快實(shí)行，故絕大部分500kV主變瓦斯保護(hù)改造均采用此方案。而當(dāng)主變內(nèi)部匝間發(fā)生輕微故障時(shí)，重瓦斯保護(hù)延時(shí)動(dòng)作，存在加劇損傷主變內(nèi)部繞組絕緣的風(fēng)險(xiǎn)。預(yù)控該風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵是及時(shí)發(fā)現(xiàn)主變內(nèi)部輕微故障。為此，對(duì)各專業(yè)班組分別給出如下合理化建議：

（1）對(duì)于繼保班組，記錄主變近區(qū)外短路的詳細(xì)信息，重點(diǎn)加強(qiáng)對(duì)重瓦斯延時(shí)繼電器的狀態(tài)巡視和檢驗(yàn)；

（2）對(duì)于檢修班組，根據(jù)短路電流信息分析主變受沖擊電流影響的情況；

（3）對(duì)于運(yùn)行班組，值班中加強(qiáng)對(duì)輕瓦斯動(dòng)作信號(hào)的監(jiān)視，巡視中加強(qiáng)紅外測(cè)溫和油位監(jiān)視；

（4）對(duì)于試驗(yàn)班組，在主變近區(qū)外短路后，適當(dāng)增加繞組變形試驗(yàn)、直阻測(cè)量試驗(yàn)或油樣分析的次數(shù)。

通過(guò)以上4個(gè)方面的運(yùn)維措施，可有效預(yù)控該風(fēng)險(xiǎn)。

參考文獻(xiàn)：

1 李璐，陳正鳴，鄺石，等.氣體繼電器誤動(dòng)作分析及處理［J］.高壓電器，2009，5（6）：145-147.

2 檀英輝，姚文軍，李佩軍，等.500kV變壓器瓦斯保護(hù)誤動(dòng)分析及整改［J］.高壓電器，2012，48（3）：117-122.

3 鐘天翔，金樹軍.500kV變壓器瓦斯繼電器誤動(dòng)作原因分析［J］.高壓電器，2011，47（5）：79-82.

4 張金榮，劉孝旭.一起變壓器重瓦斯動(dòng)作分析及防范措施［J］.變壓器，2012，49（7）：59-61.

5 曾賢.主變壓器重瓦斯保護(hù)動(dòng)作原因分析及處理［J］.電力安全技術(shù)，2007，9（6）：24-25.

收稿日期：2015-09-08。

作者簡(jiǎn)介：

晉龍興（1987-），男，助理工程師，主要從事電力系統(tǒng)繼電保護(hù)工作，email：jinlongxing_0832@foxmail.com。

谷斌（1985-），男，工程師，主要從事電力系統(tǒng)繼電保護(hù)方面的工作。

王世祥（1970-），男，教授級(jí)高級(jí)工程師，主要從事電力系統(tǒng)繼電保護(hù)試驗(yàn)工作。

肖碩霜（1988-），女，助理工程師，主要從事電力系統(tǒng)繼電保護(hù)工作。