一起主變重瓦斯保護(hù)誤動(dòng)作事件的處理與原因分析

摘 要：某光伏電站發(fā)生一起主變重瓦斯保護(hù)動(dòng)作跳閘事件，通過故障錄波圖分析、主變檢查和試驗(yàn)等，確定本次事件是一起由于儲(chǔ)油柜金屬波紋管卡澀引起的重瓦斯保護(hù)誤動(dòng)作事件。該文詳細(xì)分析事件處理過程及事件發(fā)生的根本原因，提出防范措施，避免類似事件重復(fù)發(fā)生。

關(guān)鍵詞：變壓器;金屬波紋儲(chǔ)油柜;重瓦斯保護(hù);防范措施;光伏電站

中圖分類號(hào)：TM411 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2024）34-0150-04

Abstract： A tripping event occurred in a photovoltaic power station for heavy gas protection of the main transformer. Through fault recorder analysis， main transformer inspection and testing， it was determined that this event was a misoperation of heavy gas protection caused by the stuck metal bellows of the oil conservator. event The incident handling process and the root cause of the incident are analyzed in detail， and preventive measures are proposed to avoid the recurrence of similar incidents.

Keywords： transformer; corrugated metal oil conservator; heavy gas protection; precautionary measures; photovoltaic power station

主變壓器是光伏電站最重要的設(shè)備之一，不僅承擔(dān)著電能轉(zhuǎn)換的核心任務(wù)，還是系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障，一旦發(fā)生故障，可能引起全站失電，甚至影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性[1]。重瓦斯保護(hù)是變壓器最重要的非電量保護(hù)之一，其動(dòng)作原理主要依賴于變壓器內(nèi)部故障時(shí)所產(chǎn)生的氣體和油流變化[2]。當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障，如線圈短路、鐵芯故障或絕緣損壞時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量氣體，使變壓器油受熱迅速膨脹沖向油枕，此時(shí)重瓦斯內(nèi)擋板被沖開一定角度，接通繼電器，重瓦斯保護(hù)會(huì)立即動(dòng)作，切除變壓器兩側(cè)的開關(guān)，避免變壓器發(fā)生嚴(yán)重?fù)p壞。

1 主變重瓦斯動(dòng)作常見原因

主變重瓦斯保護(hù)動(dòng)作往往表明變壓器內(nèi)部存在較為嚴(yán)重的故障或異常情況。導(dǎo)致重瓦斯動(dòng)作常見的原因有以下幾個(gè)方面。

1）內(nèi)部絕緣損壞。變壓器內(nèi)部的油紙絕緣發(fā)生擊穿、燒損，如繞組間短路、繞組接地短路或鐵芯故障，這些都會(huì)瞬時(shí)產(chǎn)生大量的熱能和氣體導(dǎo)致油流速度加快，如果油流速度超過保護(hù)裝置設(shè)定的閾值就會(huì)引起重瓦斯動(dòng)作[3]。

2）保護(hù)回路故障。重瓦斯保護(hù)繼電器的相關(guān)二次回路出現(xiàn)接地故障也會(huì)引起重瓦斯保護(hù)誤動(dòng)作。

3）氣體繼電器故障。如果氣體繼電器的重瓦斯動(dòng)作接點(diǎn)故障會(huì)引起重瓦斯保護(hù)誤動(dòng)作。

4）維護(hù)不當(dāng)。檢修后的變壓器，如果空氣未完全排凈，在運(yùn)行過程中空氣快速分離出來，也會(huì)導(dǎo)致重瓦斯保護(hù)誤動(dòng)作。

總之，當(dāng)主變壓器發(fā)生重瓦斯保護(hù)動(dòng)作時(shí)，必須進(jìn)行徹底檢查并確認(rèn)故障原因，確保排除所有潛在風(fēng)險(xiǎn)后再重新投運(yùn)。

2 事件經(jīng)過

某光伏電站一臺(tái)110 kV的主變壓器，型號(hào)為SZ11-100 000/110，制造廠家為山東泰開變壓器有限公司，額定容量為100 MW，2017年11月投運(yùn)，主變壓器的主要銘牌參數(shù)見表1。儲(chǔ)油柜廠家為北京華孚聚能科技有限公司，型號(hào)為HPJN-BPW-1245*3200。

2024年5月20日，某光伏電站110 kV甫中線11開關(guān)、主變、35 kV母線及#1-7集電線、#1-4SVG運(yùn)行正常，站用變運(yùn)行正常，無(wú)設(shè)備操作，電氣一次系統(tǒng)主接線圖如圖1所示。10時(shí)20分58秒，負(fù)荷61.69 MW，升壓站集控室光字牌報(bào)警：主變重瓦斯動(dòng)作，電氣量保護(hù)無(wú)動(dòng)作，廠用電失電。運(yùn)維人員立即到現(xiàn)場(chǎng)檢查，站內(nèi)、站外設(shè)備未發(fā)現(xiàn)異常，查看故障錄波器，顯示主變重瓦斯動(dòng)作。

3 事件處理

3.1 故障錄波圖分析

查看故障錄波圖，如圖2所示。從故障錄波圖可以看出，5月20日10時(shí)20分58秒769，主變本體重瓦斯保護(hù)動(dòng)作（圖中T1光標(biāo)），主變高壓側(cè)110 kV母線三相電壓正常，波形無(wú)畸變。10時(shí)20分58秒800，主變高、低壓側(cè)開關(guān)跳閘，高壓側(cè)和低壓側(cè)的三相電流均未出現(xiàn)明顯增大。35 kV I母和II母三相電壓出現(xiàn)畸變，可能是由于母線上連接的容性設(shè)備釋放能量引起的殘壓導(dǎo)致的。從故障錄波圖分析，主變內(nèi)部故障的可能性較小。

3.2 油色譜分析

取變壓器油進(jìn)行油色譜分析，變壓器油外觀呈淡黃色，清澈透明，測(cè)試結(jié)果見表2，各特征氣體的含量符合DL/T 722—2014《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則》的要求。

3.3 電氣試驗(yàn)

按照DL/T 596—2021《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》對(duì)主變開展電氣預(yù)防性試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表3—表5。從表中可以看出，各項(xiàng)測(cè)試結(jié)果均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。與歷史數(shù)據(jù)相比，試驗(yàn)數(shù)據(jù)未發(fā)生明顯變化。結(jié)合故障錄波數(shù)據(jù)及故障前后負(fù)荷數(shù)據(jù)，初步判斷變壓器本體內(nèi)部無(wú)故障。在開展電氣試驗(yàn)過程中，突然聽到儲(chǔ)油柜發(fā)出異常聲響，同時(shí)看到儲(chǔ)油柜有晃動(dòng)，初步判斷儲(chǔ)油柜內(nèi)有積氣，波紋管可能存在卡澀，建議檢查儲(chǔ)油柜波紋管內(nèi)有無(wú)滲油、變形、儲(chǔ)油柜內(nèi)是否有積氣。

3.4 現(xiàn)場(chǎng)檢查

檢查主變本體外觀無(wú)異常、無(wú)漏油、無(wú)異味，溫度表計(jì)顯示正常、油位指示正常，集氣盒內(nèi)無(wú)氣體。檢查重瓦斯保護(hù)二次回路電纜絕緣，絕緣電阻為500 MΩ，符合要求。檢查瓦斯繼電器接線端子絕緣合格、機(jī)械結(jié)構(gòu)動(dòng)作正常、保護(hù)裝置檢查正常，重瓦斯出口繼電器動(dòng)作功率為7 W，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。瓦斯繼電器傳動(dòng)試驗(yàn)均能正確動(dòng)作，拆解合外觀檢查無(wú)異常，如圖3所示。

打開儲(chǔ)油柜檢查孔進(jìn)行檢查，波紋管內(nèi)部無(wú)油跡，波紋管下部有輕微折痕，并有卡澀現(xiàn)象，如圖4所示。檢查孔回裝后，在呼吸器出口處充入氮?dú)猓▔毫s0.3 MPa），同時(shí)打開排氣閥，對(duì)儲(chǔ)油柜進(jìn)行排氣，排氣前后儲(chǔ)油柜油位指示由6.3降至4.5，說明儲(chǔ)油柜內(nèi)油有積氣。

4 原因分析

變壓器用儲(chǔ)油柜有3種形式：膠囊密封式、隔膜密封式和金屬波紋密封式[4]。金屬波紋密封式又可分為內(nèi)油式和外油式。本事件中的變壓器采用的是外油式金屬波紋儲(chǔ)油柜，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖5所示。

在正常運(yùn)行過程中，變壓器通過儲(chǔ)油柜金屬波紋芯體的水平移動(dòng)來調(diào)節(jié)其內(nèi)部的壓力。如果波紋芯體的上、下導(dǎo)軌同時(shí)發(fā)生卡澀，那么隨著變壓器內(nèi)部壓力增大，可能會(huì)引起壓力釋放閥的動(dòng)作。本次事件的根本原因是儲(chǔ)油柜波紋芯體的上導(dǎo)軌可以自由移動(dòng)，下導(dǎo)軌出現(xiàn)卡澀，在油位調(diào)節(jié)過程中，下部導(dǎo)軌調(diào)節(jié)受阻，當(dāng)上部調(diào)節(jié)到一定程度時(shí)下部受阻部位突然釋放，導(dǎo)致本體變壓器油迅速向儲(chǔ)油柜流動(dòng)，形成油流沖擊，造成主變重瓦斯保護(hù)動(dòng)作跳閘。

5 防范措施

為了防止類似事件再次發(fā)生，應(yīng)采取以下防范措施。

1）采用外油式的金屬波紋管儲(chǔ)油柜應(yīng)利用主變檢修時(shí)機(jī)定期進(jìn)行排氣，防止儲(chǔ)油柜油位指示不準(zhǔn)確，出現(xiàn)假油位現(xiàn)象。同時(shí)，排氣時(shí)可通過辨別儲(chǔ)油柜波紋管調(diào)節(jié)時(shí)的聲音，判斷波紋管是否有卡澀現(xiàn)象。

2）采用外油式的金屬波紋管儲(chǔ)油柜應(yīng)定期打開儲(chǔ)油柜檢查內(nèi)部情況（檢查周期宜不超過3年），檢查波紋管是否存在滲油、變形、卡澀現(xiàn)象。

3）日常巡檢時(shí)，應(yīng)在巡檢記錄卡上記錄變壓器負(fù)荷、油溫和儲(chǔ)油柜油位等參數(shù)，并對(duì)照“油溫-油位”曲線，判斷變壓器油位是否正常，并做好趨勢(shì)分析。

4）運(yùn)行中的瓦斯繼電器應(yīng)每2～3年進(jìn)行內(nèi)部結(jié)構(gòu)和動(dòng)作可靠性檢查，并定期進(jìn)行校驗(yàn)，校驗(yàn)周期：220 kV及以下不超過6年、330 kV及以上不超過3年。場(chǎng)站應(yīng)至少配備一臺(tái)同型號(hào)的瓦斯繼電器備品。

5）主變?cè)谠O(shè)計(jì)選型階段，應(yīng)優(yōu)先選用內(nèi)油式金屬波紋管儲(chǔ)油柜。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王海飛，陳聰，胡磊，等.變壓器火災(zāi)典型案例的反思及預(yù)防[J].供用電，2018，35（11）：78-82.

[2] 王耀龍，沈龍，李昊，等.變壓器重瓦斯保護(hù)動(dòng)作后的原因分析與診斷方法[J].電工電氣，2021（5）：27-31.

[3] 劉隰蒲，潘正寧，沈潤(rùn)鵬，等.一起220 kV變壓器重瓦斯動(dòng)作故障分析[J].變壓器，2023，60（1）：73-75.

[4] 變壓器用儲(chǔ)油柜：JB/T 6484—2016[S].北京：中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)，2016.

第一作者簡(jiǎn)介：胡磊（1982-），男，高級(jí)工程師。研究方向?yàn)殡姎庠O(shè)備的狀態(tài)評(píng)估與故障診斷。