500kV主變壓器重瓦斯保護(hù)誤動(dòng)分析及防范措施

廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司佛山供電局 陳 卓

500kV主變壓器重瓦斯保護(hù)誤動(dòng)分析及防范措施

廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司佛山供電局 陳 卓

本文通過發(fā)生在廣東佛山500kV滄江站的兩起主變壓器重瓦斯保護(hù)誤動(dòng)的案例，分析了重瓦斯保護(hù)的原理、保護(hù)誤動(dòng)原因、解決措施及相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)，最后通過實(shí)例驗(yàn)證了主變壓器重瓦斯保護(hù)延時(shí)跳閘的有效性。

主變壓器；重瓦斯保護(hù)；誤動(dòng)；延時(shí)跳閘

引言

主變壓器瓦斯保護(hù)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(hù)之一。近年來電網(wǎng)時(shí)常發(fā)生主變壓器區(qū)外故障引起主變壓器本體重瓦斯保護(hù)誤動(dòng)跳閘故障, 嚴(yán)重影響電網(wǎng)和變壓器的運(yùn)行可靠性。

1.事件發(fā)生經(jīng)過

以第一起事件為例分析保護(hù)動(dòng)作情況。事件發(fā)生前,主變壓器三側(cè)開關(guān)均在合位，220kV某線路在運(yùn)行狀態(tài)。事件發(fā)生時(shí)，雷雨天氣，220kV某線路遭受雷擊發(fā)生短路故障，線路開關(guān)跳閘，300毫秒后，#3主變壓器非電量保護(hù)裝置發(fā)“A相重瓦斯跳閘”命令，#3主變壓器三側(cè)開關(guān)跳開。在#3主變壓器轉(zhuǎn)檢修后，對(duì)其開展了一、二次設(shè)備檢查和試驗(yàn)，包括設(shè)備外觀檢查、瓦斯繼電器取氣、繞組變形測(cè)試、直流電阻試驗(yàn)、油色譜分析試驗(yàn)以及重瓦斯二次回路絕緣測(cè)試試驗(yàn)等。檢查和試驗(yàn)結(jié)果均正常，可以判斷變壓器本體內(nèi)部無造成瓦斯繼電器動(dòng)作的短路放電現(xiàn)象。

2.主變壓器瓦斯保護(hù)動(dòng)作分析

瓦斯保護(hù)的氣體繼電器安裝在變壓器儲(chǔ)油柜和油箱之間的管道上，當(dāng)變壓器內(nèi)部故障時(shí)，油分解產(chǎn)生氣體或造成油流涌動(dòng)， 使氣體繼電器的接點(diǎn)動(dòng)作，接通指定的控制回路，并及時(shí)發(fā)出信號(hào)報(bào)警（輕瓦斯）或啟動(dòng)保護(hù)元件自動(dòng)切除變壓器（重瓦斯）。圖1為500kV變壓器配備的氣體繼電器結(jié)構(gòu)示意圖。主變壓器內(nèi)部突發(fā)性事件使絕緣油向儲(chǔ)油柜方向運(yùn)動(dòng)而沖擊氣體繼電器擋板，擋板順著油流方向移動(dòng)，當(dāng)絕緣油流速超過擋板動(dòng)作值時(shí)，觸發(fā)接點(diǎn)動(dòng)作，引發(fā)開關(guān)跳閘；當(dāng)油流消退后，擋板承受油流壓力減弱，在磁鐵吸引力作用下，擋板向復(fù)位，瓦斯動(dòng)作信號(hào)復(fù)歸。

圖1 氣體繼電器結(jié)構(gòu)示意圖

第一起事件后，檢查現(xiàn)場(chǎng)的故障錄波圖發(fā)現(xiàn)主變壓器中壓側(cè)A 相流過的最大電流為20.61kA，第二起事件后，故障錄波圖顯示主變壓器中壓側(cè)A相流過的最大電流為18.78kA。結(jié)合一次設(shè)備、二次設(shè)備的檢查試驗(yàn)情況以及氣體繼電器的結(jié)構(gòu)及動(dòng)作原理，初步判斷是由于主變壓器中壓側(cè)在線路故障時(shí)流過較大穿越性電流，使主變壓器內(nèi)部繞組由于大電流產(chǎn)生的電動(dòng)力而發(fā)生振動(dòng)，較大的振動(dòng)使絕緣油以較快的速度經(jīng)過氣體繼電器向儲(chǔ)油柜流動(dòng)，當(dāng)油流速度達(dá)到重瓦斯保護(hù)定值（1.5m/s，80mm管徑）后，重瓦斯保護(hù)動(dòng)作跳開主變壓器三側(cè)開關(guān)。

3.主變壓器瓦斯保護(hù)防誤動(dòng)措施

3.1 防誤動(dòng)措施的選擇

如果主變壓器重瓦斯保護(hù)氣體繼電器動(dòng)作值足夠大，能夠避開區(qū)外故障時(shí)流過主變壓器中壓側(cè)的穿越電流造成的油流涌動(dòng)無疑可以避免此類誤動(dòng)作，但是采取此方案會(huì)遇到兩個(gè)問題：一是定量分析穿越電流大小與主變壓器油流速度的關(guān)系較為困難，無法確定一個(gè)合適的氣體繼電器動(dòng)作值；二是如果單純提高氣體繼電器動(dòng)作值，有可能會(huì)降低主變壓器瓦斯保護(hù)靈敏性，導(dǎo)致保護(hù)在主變壓器內(nèi)部故障發(fā)展到較為嚴(yán)重的程度時(shí)才會(huì)動(dòng)作。

本文提出了另外一種思路，重瓦斯保護(hù)誤動(dòng)作首先是由于區(qū)外故障的短時(shí)大穿越電流產(chǎn)生了巨大電動(dòng)力，巨大電動(dòng)力又帶動(dòng)了主變壓器的振動(dòng)以及絕緣油的流動(dòng)，當(dāng)區(qū)外故障切除，電動(dòng)力消失，主變壓器振動(dòng)也即消失。根據(jù)變壓器廠家計(jì)算結(jié)果，即使考慮到區(qū)外故障開關(guān)失靈、失靈保護(hù)正確動(dòng)作時(shí)，油流從涌動(dòng)開始至速度衰減至1.5m/s 以下的最長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間為800ms。我們可以考慮采取重瓦斯保護(hù)延時(shí)跳閘的方法來避開區(qū)外故障時(shí)重瓦斯保護(hù)的誤動(dòng)作?？紤]到油流衰減時(shí)間800ms、氣體繼電器復(fù)位的固有時(shí)間100ms以及保證動(dòng)作可靠的時(shí)間系數(shù)，可以將重瓦斯保護(hù)延時(shí)跳閘時(shí)間設(shè)置為1s。

3.2 防誤動(dòng)措施的風(fēng)險(xiǎn)分析

重瓦斯保護(hù)采取延時(shí)跳閘可能會(huì)使主變壓器在內(nèi)部故障初期，故障較為輕微時(shí)重瓦斯保護(hù)無法迅速切除故障，導(dǎo)致主變壓器內(nèi)部損傷加劇。但是由于主變壓器內(nèi)部發(fā)生輕微故障時(shí)，一般都伴有或者在極短的時(shí)間（遠(yuǎn)小于1s）內(nèi)發(fā)展為匝間短路或者接地，此時(shí)主變壓器的電氣量保護(hù)將迅速動(dòng)作，保證主變壓器故障正確、快速切除。由此可見采取延時(shí)跳閘策略，雖可能擴(kuò)大變壓器匝間短路故障范圍及嚴(yán)重程度，但由于電氣量保護(hù)的迅速動(dòng)作，變壓器故障后的修復(fù)與非延時(shí)保護(hù)方式下故障主變壓器的修復(fù)工作量、復(fù)電時(shí)間及成本投入并未明顯增加。

本文綜合現(xiàn)代大電網(wǎng)可靠性要求、可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)、實(shí)際成本的變化等因素，認(rèn)為主變壓器重瓦斯保護(hù)采取延時(shí)1s跳閘是確實(shí)可行的。

4.主變壓器重瓦斯保護(hù)延時(shí)改造方案

500kV滄江變電站#3主變壓器非電量保護(hù)采用南瑞繼保RCS-974G變壓器非電量及輔助保護(hù)。從圖2可知，#3主變壓器本體匯控箱的分相重瓦斯信號(hào)經(jīng)8FD27、8FD28、8FD29端子進(jìn)入RCS-974G裝置后，分別啟動(dòng)J5A、J5B、J5C繼電器，由J5A、J5B、J5C繼電器動(dòng)作接通跳閘回路。

圖2 #3主變本體重瓦斯保護(hù)邏輯圖

如果需要增加延時(shí)跳閘功能則需要將#3主變壓器非電量保護(hù)開入改接至非電量4延時(shí)跳閘，即將原本體重瓦斯分相起動(dòng)回路009、011、013回路分別改接至8FD24，8FD25，8FD26 端子；同時(shí)將#3主變非電量保護(hù)裝置定值中“非電量4跳閘時(shí)限”整定為1 s，“投非電量4延時(shí)”控制字整定為“1”，將重瓦斯跳閘的信號(hào)回路也改接至RCS-974G相應(yīng)遙信端子即可。改造后，即可實(shí)現(xiàn)本體重瓦斯延時(shí)1s跳閘。

5.改造成果

目前，500kV滄江站的主變壓器本體重瓦斯保護(hù)已改造完成。改造完成后至今，發(fā)生過一次220kV線路故障時(shí)主變壓器重瓦斯保護(hù)有保護(hù)動(dòng)作開入的情況。故障發(fā)生時(shí)，線路A相接地故障，保護(hù)正確動(dòng)作，45ms后切除故障，180ms后主變壓器A相本體重瓦斯開入動(dòng)作，流過#3主變壓器變中A相穿越電流為19.63kA，80ms 后主變壓器A相重瓦斯保護(hù)動(dòng)作開入返回，由于未達(dá)到延時(shí)值設(shè)定1s，主變壓器未跳閘。此實(shí)例證明主變壓器重瓦斯保護(hù)延時(shí)跳閘確實(shí)能起到避免保護(hù)誤動(dòng)的作用。

6.結(jié)束語

500kV變電站往往是地區(qū)重要電源，主變壓器又是變電站內(nèi)輸送電能的重要設(shè)備，主變壓器保護(hù)的誤動(dòng)會(huì)嚴(yán)重影響到電網(wǎng)的安全運(yùn)行，我們一定要杜絕這種情況的發(fā)生。本文通過發(fā)生在廣東佛山500kV滄江站的兩起主變壓器重瓦斯保護(hù)誤動(dòng)的案例，分析了重瓦斯保護(hù)的原理、保護(hù)誤動(dòng)原因、解決措施及相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)，最后通過實(shí)例驗(yàn)證了主變壓器重瓦斯保護(hù)延時(shí)跳閘的有效性。改進(jìn)后，確實(shí)能夠有效避免主變壓器區(qū)外故障重瓦斯保護(hù)誤動(dòng)作， 且其可能導(dǎo)致的故障擴(kuò)大對(duì)主變修復(fù)的經(jīng)濟(jì)性成本及保護(hù)動(dòng)作的速動(dòng)性、選擇性影響不大，確實(shí)提高了電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性。

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陳卓（1986-），男，工程師，工學(xué)學(xué)士，主要從事電力系統(tǒng)一次設(shè)備、二次設(shè)備運(yùn)行、維護(hù)與研究工作。