500 kV變壓器瓦斯繼電器誤動作原因分析與處理方案

侯為林，李剛，李坤鵬，孔令杰，常東亮，方書博，陳昌山

(河南國網(wǎng)寶泉抽水蓄能有限公司，河南 新鄉(xiāng) 453636)

故障經(jīng)過重瓦斯保護(hù)是變壓器內(nèi)部故障的主保護(hù)，能直接反應(yīng)變壓器內(nèi)部所有短路故障造成的嚴(yán)重發(fā)熱現(xiàn)象而直接出口跳閘，有效避免短路故障對主變本體的損壞，其動作的可靠性對于變壓器的正常運(yùn)行來說至關(guān)重要。但在現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行中，瓦斯保護(hù)卻往往因?yàn)楦鞣N意外情況而發(fā)生誤動，因此，結(jié)合近年來類似的案例，分析重瓦斯保護(hù)誤動原因，采取相關(guān)措施，以防止類似事故的發(fā)生。

1 故障現(xiàn)象

1.1 故障經(jīng)過

某電站電氣主接線如圖1所示，2019年，該電站3、4主變修后復(fù)送電，在執(zhí)行至合500 kV開關(guān)5013開關(guān)時，5013開關(guān)合閘失敗，監(jiān)控報(bào)警如下：

圖1 電氣主接線圖

64GEV_001XV_DI_TRP，4號主變非電氣量主跳繼電器動作跳閘。

EX05_64GEV001XV_TRP，4號機(jī)組跳閘。

63GTA_001GA_NB_ES，相鄰機(jī)組跳3號主變。

83LRG_001JD_DZ_GEV4，4號主變跳5012、5013開關(guān)。

報(bào)警信息顯示，5013開關(guān)跳閘原因?yàn)?號主變非電氣量保護(hù)跳閘繼電器001XV動作，具體原因需開展進(jìn)一步檢查。

1.2 保護(hù)動作情況

5013開關(guān)合閘失敗后，對全廠保護(hù)動作情況進(jìn)行檢查。

1)開關(guān)站500 kV設(shè)備保護(hù)動作情況。500 kV線路保護(hù)、5011/5012/5013開關(guān)保護(hù)均未動作，5013開關(guān)分相操作箱跳5013開關(guān)三相指示燈亮，5013開關(guān)三相均在分位。

2)地下廠房3、4號主變保護(hù)動作情況。3號主變保護(hù)裝置未動作，4號主變保護(hù)裝置未動作，3號主變非電氣量保護(hù)繼電器001XV未動作，4號主變非電氣量保護(hù)繼電器001XV動作。

3)錄波文件分析。查閱故障錄波，5013開關(guān)跳閘時4號主變高壓側(cè)二次電流值0.619 A，電流互感器變比為1250/1，折算到一次側(cè)電流為773.75 A(4號變壓器高壓側(cè)額定電流為396 A，空載電流為0.07%)。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，此次5013開關(guān)合閘4號主變產(chǎn)生2倍勵磁涌流。

2 現(xiàn)場檢查處理

重瓦斯保護(hù)動作后，現(xiàn)場運(yùn)維人員對一次設(shè)備進(jìn)行全面檢查。

1)檢查主變本體,高低壓側(cè)連接無放電痕跡，油溫繞組溫度正常，中性點(diǎn)連接正常。

2)檢查主變低壓側(cè)電抗器，連接正常，無放電痕跡。

3)檢查勵磁變，勵磁變高低壓側(cè)正常，無放電痕跡，勵磁變溫度正常。

4)檢查主變低壓側(cè)PT、電容器，均連接完好無異常情況。

5)對4號主變進(jìn)行預(yù)試，表1為直流電阻測試值，表2為絕緣電阻測試值，試驗(yàn)數(shù)據(jù)均合格[1]。

6)4號主變沖擊后，對4號主變絕緣油進(jìn)行油色譜分析：氧氣、乙炔、氮?dú)夂烤鶠?，氫氣含量為4.313，數(shù)據(jù)正常。數(shù)據(jù)見表3。

表1 直流電阻測試值

表2 絕緣電阻測試值

表3 4號主變油色譜分析 μL/L

7)對瓦斯繼電器定值進(jìn)行測試，定值為1.5 m/s，滿足規(guī)程[2]要求，定值合格。

3 故障原因排查

3.1 重瓦斯繼電器及回路檢查分析

主變重瓦斯保護(hù)回路檢查，查看氣體繼電器本體，未發(fā)現(xiàn)氣體繼電器本體內(nèi)部有氣體存在，檢查氣體繼電器無滲漏，定值(1.5 m/s)復(fù)測在正常范圍內(nèi)。對報(bào)警回路進(jìn)行檢查，上送4號主變非電氣量保護(hù)跳閘繼電器001XV回路正常。對重瓦斯跳閘回路電纜進(jìn)行檢查，確認(rèn)無寄生回路。進(jìn)行絕緣檢查，2根電纜線芯對地絕緣分別為669、684 GΩ，2根電纜間絕緣電阻為1.76 TΩ，電纜絕緣正常，排除主變重瓦斯保護(hù)回路接地誤動可能。

根據(jù)主變重瓦斯保護(hù)工作原理可知，若變壓器內(nèi)部故障(匝間短路、絕緣破壞、鐵芯過熱燒傷等)，會使變壓器絕緣材料或變壓器內(nèi)油受熱分解，產(chǎn)生大量氣體，但本次4號主變壓器重瓦斯保護(hù)動作跳閘后檢查瓦斯繼電器內(nèi)部未發(fā)現(xiàn)氣體，變壓器油中各烴含量未見明顯異常，說明重瓦斯保護(hù)動作并不是由變壓器內(nèi)部電氣故障引起的。

3.2 勵磁涌流及諧波分析

4號主變合閘后直流分量較大，其中基波分量為0.616 A，直流分量為0.628 A，直流分量為基波分量的1.02倍，如圖2所示。

3號主變合閘后直流分量較小，基波分量為0.283 A，直流分量為0.247 A，如圖3所示。

圖2 4號主變高壓側(cè)諧波分析圖

分析3、4號主變合閘瞬間波形，發(fā)現(xiàn)4號主變合閘瞬間勵磁涌流及直流分量明顯大于3號主變。查閱3、4號主變檢修期間預(yù)試記錄發(fā)現(xiàn)3號主變直阻測試時所加電流為5 A，4號主變直阻測試時所加電流為10 A，導(dǎo)致4號主變剩磁較大，充電合閘瞬間，合閘角是隨機(jī)的，合閘角因素再疊加上直流剩磁的影響，最終對變壓器產(chǎn)生較大沖擊[3]。

合閘瞬間4號主變產(chǎn)生2倍額定電流的勵磁涌流，同時合閘時主變的二次側(cè)是開路的，此勵磁涌流全部作用在鐵芯上，使鐵芯嚴(yán)重飽和。勵磁涌流除包含兩倍基波電流外，還包含等同于基波的直流分量(直流分量為0.628 A，直流分量為基波分量的1.02倍)，帶電繞組在磁場中所受安培力：F=BILsinα，磁感應(yīng)強(qiáng)度B、直流分量I、線圈長度L都比較大，導(dǎo)致線圈所受電動力增大，造成變壓器鐵芯和繞組振動及噪音較大，引起變壓器內(nèi)部油流涌動，從而觸發(fā)重瓦斯跳閘接點(diǎn)動作，導(dǎo)致4號主變重瓦斯保護(hù)動作跳閘。

4 故障處理

1)對3、4號主變壓器進(jìn)行消磁。在3、4號主變壓器高壓繞組兩端正反向通入直流電流，分別對ab、bc、ca三相進(jìn)行消磁，消磁過程中施加220 V AC電壓、1 A電流，直至消磁進(jìn)度達(dá)到100%，縮小鐵芯的磁滯回環(huán)達(dá)到消除剩磁的目的。

2)對3、4號主變進(jìn)行試送電。消磁工作完成后，對3、4號主變壓器進(jìn)行試送電，并對4號主變合閘瞬間的錄波圖進(jìn)行分析，5013開關(guān)合閘時4號主變高壓側(cè)二次電流值0.353 A，直流分量為0.25 A，勵磁涌流及直流分量明顯下降，試送電成功。

5 防范措施

目前，勵磁涌流是主變充電時各側(cè)開關(guān)誤跳的主要原因，雖然電氣量保護(hù)使用二次諧波、波形不對稱等判別方法對保護(hù)進(jìn)行制動，但非電量保護(hù)可能因躲不過勵磁涌流帶來的油流涌動而導(dǎo)致跳閘。一方面反映了勵磁涌流的沖擊，另一方面反映了瓦斯繼電器動作過于靈敏。為了防止重瓦斯保護(hù)誤動作導(dǎo)致主變跳閘的情況，提出了以下預(yù)防措施。

1)變壓器預(yù)試時，限制測試電流，不應(yīng)為節(jié)約時間增大試驗(yàn)電流，一般以3～5 A為宜，以防止因剩磁較大造成變壓器合閘涌流及直流分量過大，影響變壓器的安全運(yùn)行[4]。

2)勵磁涌流大小主要取決于斷路器合閘時刻(電壓相位)與變壓器剩磁情況。建議合閘前檢查剩磁情況，若剩磁過大則使用直流消磁等新技術(shù)對主變進(jìn)行消磁處理，以最大程度地減小勵磁涌流。

3)瓦斯繼電器是油浸式變壓器的重要保護(hù)，其可靠性必須得到保障。繼電器靈敏度太高將嚴(yán)重影響主變啟動流程，給檢修運(yùn)行人員帶來不必要的麻煩，同時也會對開關(guān)等一次設(shè)備造成無謂的沖擊。對于運(yùn)行中的500 kV主變，則更不能接受瓦斯繼電器過于靈敏帶來的誤動。建議對同類型繼電器進(jìn)行重新調(diào)?；蚴褂酶煽康耐咚估^電器型號。

4)改進(jìn)變壓器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，降低變壓器鐵芯、繞組振動和位移，提高變壓器本體的抗震性能，減少合閘時油流涌動的強(qiáng)度。

6 結(jié) 語

瓦斯保護(hù)是主變油箱內(nèi)繞組短路故障及異常的主保護(hù)，安全、可靠的運(yùn)行是其必要條件[5]。盡管主變壓器送電過程中重瓦斯保護(hù)動作屬于偶發(fā)性事件，不影響系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，但在后續(xù)工作中應(yīng)加強(qiáng)瓦斯繼電器日常維護(hù)，主變壓器預(yù)試時不能因趕工期而加大試驗(yàn)電流，預(yù)試后應(yīng)進(jìn)行徹底消磁，提高主變送電成功率，確保主變、電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。