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誤動分析及防范措施

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誤動的案例，分析了重瓦斯保護的原理、保護誤動原因、解決措施及相關(guān)風(fēng)險，最后通過實例驗證了主變壓器重瓦斯保護延時跳閘的有效性。

主變壓器；重瓦斯保護；誤動；延時跳閘

引言

主變壓器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。近年來電網(wǎng)時常發(fā)生主變壓器區(qū)外故障引起主變壓器本體重瓦斯保護誤動跳閘故障, 嚴(yán)重影響電網(wǎng)和變壓器的運行可靠性。

1.事件發(fā)生經(jīng)過

以第一起事件為例分析保護動作情況。事件發(fā)生前,主變壓器三側(cè)開關(guān)均在合位，220kV某線路在運行狀態(tài)。事件發(fā)生時，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，對其開展了一、二次設(shè)備檢查和試驗，包括設(shè)備外觀檢查、瓦斯繼電器取氣、繞組變形測試、直流電阻試驗、油色譜分析試驗以及重瓦斯二次回路絕緣測試試驗等。檢查和試驗結(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作的短路放電現(xiàn)象。

2.主變壓器瓦斯保護動作分析

瓦斯保護的氣體繼電器安裝在變壓器儲油柜和油箱之間的管道上，當(dāng)變壓器內(nèi)部故障時，油分解產(chǎn)生氣體或造成油流涌動， 使氣體繼電器的接點動作，接通指定的控制回路，并及時發(fā)出信號報警（輕瓦斯）或啟動保護元件自動切除變壓器（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油柜方向運動而沖擊氣體繼電器擋板，擋板順著油流方向移動，當(dāng)絕緣油流速超過擋板動作值時，觸發(fā)接點動作，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，瓦斯動作信號復(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)備的檢查試驗情況以及氣體繼電器的結(jié)構(gòu)及動作原理，初步判斷是由于主變壓器中壓側(cè)在線路故障時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)生的電動力而發(fā)生振動，較大的振動使絕緣油以較快的速度經(jīng)過氣體繼電器向儲油柜流動，當(dāng)油流速度達(dá)到重瓦斯保護定值（1.5m/s，80mm管徑）后，重瓦斯保護動作跳開主變壓器三側(cè)開關(guān)。

3.主變壓器瓦斯保護防誤動措施

3.1 防誤動措施的選擇

如果主變壓器重瓦斯保護氣體繼電器動作值足夠大，能夠避開區(qū)外故障時流過主變壓器中壓側(cè)的穿越電流造成的油流涌動無疑可以避免此類誤動作，但是采取此方案會遇到兩個問題：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，無法確定一個合適的氣體繼電器動作值；二是如果單純提高氣體繼電器動作值，有可能會降低主變壓器瓦斯保護靈敏性，導(dǎo)致保護在主變壓器內(nèi)部故障發(fā)展到較為嚴(yán)重的程度時才會動作。

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

3.2 防誤動措施的風(fēng)險分析

重瓦斯保護采取延時跳閘可能會使主變壓器在內(nèi)部故障初期，故障較為輕微時重瓦斯保護無法迅速切除故障，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，一般都伴有或者在極短的時間（遠(yuǎn)小于1s）內(nèi)發(fā)展為匝間短路或者接地，此時主變壓器的電氣量保護將迅速動作，保證主變壓器故障正確、快速切除。由此可見采取延時跳閘策略，雖可能擴大變壓器匝間短路故障范圍及嚴(yán)重程度，但由于電氣量保護的迅速動作，變壓器故障后的修復(fù)與非延時保護方式下故障主變壓器的修復(fù)工作量、復(fù)電時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、實際成本的變化等因素，認(rèn)為主變壓器重瓦斯保護采取延時1s跳閘是確實可行的。

4.主變壓器重瓦斯保護延時改造方案

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

圖2 #3主變本體重瓦斯保護邏輯圖

如果需要增加延時跳閘功能則需要將#3主變壓器非電量保護開入改接至非電量4延時跳閘，即將原本體重瓦斯分相起動回路009、011、013回路分別改接至8FD24，8FD25，8FD26 端子；同時將#3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RCS-974G相應(yīng)遙信端子即可。改造后，即可實現(xiàn)本體重瓦斯延時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已改造完成。改造完成后至今，發(fā)生過一次220kV線路故障時主變壓器重瓦斯保護有保護動作開入的情況。故障發(fā)生時，線路A相接地故障，保護正確動作，45ms后切除故障，180ms后主變壓器A相本體重瓦斯開入動作，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相重瓦斯保護動作開入返回，由于未達(dá)到延時值設(shè)定1s，主變壓器未跳閘。此實例證明主變壓器重瓦斯保護延時跳閘確實能起到避免保護誤動的作用。

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，主變壓器保護的誤動會嚴(yán)重影響到電網(wǎng)的安全運行，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誤動的案例，分析了重瓦斯保護的原理、保護誤動原因、解決措施及相關(guān)風(fēng)險，最后通過實例驗證了主變壓器重瓦斯保護延時跳閘的有效性。改進(jìn)后，確實能夠有效避免主變壓器區(qū)外故障重瓦斯保護誤動作， 且其可能導(dǎo)致的故障擴大對主變修復(fù)的經(jīng)濟性成本及保護動作的速動性、選擇性影響不大，確實提高了電網(wǎng)運行的可靠性。

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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)備運行、維護與研究工作。