一起110 kV主變非電量保護誤動事故的解析

王均華

（寧波電業局，浙江 寧波 315016）

一起110 kV主變非電量保護誤動事故的解析

王均華

（寧波電業局，浙江 寧波 315016）

變壓器非電量保護的誤動問題令人關注。結合一起主變非電量保護誤動事故，闡述現場實際查找問題根源的過程并對事故原因進行理論分析，提出主變非電量保護的抗干擾措施，為解決同類問題提供經驗。

非電量保護；瓦斯保護；直流接地；誤動

0 引言

非電量保護在變壓器的繼電保護配置中有著不可替代的作用，是對常規配置的模擬量保護的重要補充。繼電保護技術規程要求對升壓、降壓和聯絡變壓器都裝設反應油面降低、反應變壓器油溫、繞組溫度過高及油箱壓力過高和冷卻系統故障的非電量保護。非電量保護中除冷卻器全停需經過延時跳閘外，其余一般均采用開入直跳方式，故非電量保護受外界環境的影響較大，其正確動作率較低。本文對一起110 k V主變非電量保護誤動事故進行解析，提出一些抗干擾措施［1～3］。

圖1 某站主接線Fig.1 Primary electric wiring diagram of the substation

1 運行狀況及事故后的現狀

1.1 主接線及運行方式

某站主接線如圖1所示。該站發生一起非電量保護誤動事故。事故發生前的正常運行方式為：110 k V進線開關1DL通過母分3DL給1號主變1號ZB和2號主變2號ZB供電，另一110 k V進線開關2DL熱備用。

1.2 事故現象

兩臺主變發生事故跳閘，其中1號主變10 k V開關、35 k V開關及110 k V進線1DL開關跳閘，110 k V母分3DL開關跳閘，2號主變35 k V開關、10 k V開關跳閘。此過程中110 k V進線2DL開關由備自投合閘成功，該變110 k V備自投為內橋方式。

1.3 現場非電量保護裝置及后臺SCADA記錄

查看現場保護屏，發現1號主變非電量保護RCS－9661裝置 “本體輕瓦斯”、 “冷控失電”信號燈亮；2號主變非電量保護RCS－9661裝置“本體輕瓦斯”、 “有載輕瓦斯”、 “本體重瓦斯”、“有載重瓦斯”、“壓力釋放”、“油溫高”、“冷控失電”信號燈均點亮，其中有載重瓦斯、本體重瓦斯投跳閘。后臺SCADA無保護動作信號記錄，只有事故總信號及備自投動作信號。

2 相關測試

續表

事故較為嚴重，有必要對相關二次設備和回路進行檢查。檢查前，確認了該站內二次設備及回路電源和控制電源為DC220 V直流供電，之后進行了一系列的檢查和測試，相關檢查和測試數據如下：

（1）絕緣測試

保護屏至主變本體電纜絕緣測試 （1 000 V搖表搖測）

（3）非電量保護裝置RCS－9661中間繼電器檢查測試

對RCS－9661繼電器的測試數據如表1。

從檢查結果來看，保護屏至主變本體的電纜絕緣均良好，各非電量保護中間繼電器及出口中間繼電器動作特性正常，兩條新換開關的110 k V進線直流對地回路、交流對直流回路絕緣良好，主變高、中、低三側控制回路絕緣良好，直流電壓也正常。

3 事故原因

3.1 事故原因初步判斷

表1 RCS－9661繼電器的測試數據Tab.1 Testing data of RCS－9661 relays

經仔細查看SCADA后臺事件記錄，發現事故發生前恰巧站內VQC投4號電容器，并伴隨發生一短暫的直流接地信號，對4號電容器 （4C）控制回路和直流屏進行檢查后，各項絕緣數據合格。但多次對4號電容器投切試驗，發現非電量保護電纜芯與負電源之間均有干擾電壓，初步懷疑事故原因有兩種可能：（1）＃4號電容器合閘操作過電壓產生高頻干擾，在非電量芯上產生感應高電壓；（2）4號電容器合閘瞬間，合閘電源通過大地對非電量保護電纜芯產生干擾。

但多次對相鄰2號電容器以及其他線路拉合試驗，在非電量電纜芯與負電源間并未出現任何干擾電壓，故排除這兩種可能。

3.2 非電量保護電纜芯電位檢測

查找短暫直流接地信號產生原因。在仔細排查的過程中，發現合閘接觸器旁的合閘電源絕緣固定底座松動損壞，在合閘瞬間，由于振動較大，正電源瞬間有接地現象。正電源接地時，通過大地與非電量電纜芯之間的分布電容，在非電量電纜芯上產生很大的干擾電壓。利用示波器對非電量保護電纜芯的電位進行錄波，合閘瞬間的干擾使非電纜芯和負電源間 （即非電量繼電器上）產生一兩個脈沖波，兩干擾脈沖波幅值在110 V以上，一個脈沖寬度16 ms；另一個脈沖寬度14 ms，這足以使非電量繼電器動作。在檢查期間，拉合4號電容的試驗過程中有載輕瓦斯已經發生了誤動。

圖2至圖4為檢測時所記錄的相關電壓波形簡圖。圖2可以清楚看到油溫高電纜芯與控制電源負端之間的電壓有兩個脈沖波；圖3可以看到第二個脈沖波電壓高于110 V持續16 ms，電壓最高達到240 V；圖2及圖3中油溫高電纜芯對地電壓，正常時為－110 V，最高達到0 V，最低時為－220 V。圖4為合閘電源正負端對地波形，正電源對地最高達到500 V，最低達到20 V；負電源對地最高達到220 V，最低達到－220 V。

圖4 合閘電源正負端對地波形Fig.4 Voltage waves between closing circuit power two poles and the groud

4 事故原因的理論分析

主變非電量保護回路如圖5所示。圖中本體輕瓦斯、有載輕瓦斯、油溫高僅動作于信號；本體重瓦斯、有載重瓦斯、壓力釋放回路分別通過重動繼電器1TJ7、2TJ7和1TJ6動作于跳閘。其中，主變本體重瓦斯繼電器WSJ接點，通過長電纜串接于保護屏上4D2端子和4D7端子之間形成完整的回路，該回路用于下文分析中。

變電站主變本體與控制室保護屏距離較遠，因此作為非電量保護啟動跳閘的控制電纜一般都很長，電纜芯對地電容較大，容抗xc與wc成反比故較小，通過線間電磁耦合過來的干擾電壓較大，若出口 （或重動）中間繼電器選擇不當，在直流系統發生一點接地時，非電量保護非常容易誤動。直流一點接地時，非電量保護跳閘回路如圖6所示。分析中以重瓦斯保護回路為例。圖中C1，C2為直流系統正、負極對地分布電容；C3為重動繼電器1TJ7正電源側電纜線對地分布電容。

如直流系統正、負極對地絕緣對稱，直流電源正極一點接地時，接地瞬間正極對地初始電壓為u0＝50%UN，UN＝220 V。此時，重動繼電器1TJ7上的電壓：

直流系統正、負極對地絕緣對稱，如UN略大為230 V ，u0＝50%UN，設R1TJ7＝25 kΩ，C3＝25μF，t＝15 ms，則u＝112.3 V。從啟動電壓來看，重動繼電器1TJ7已經動作。

如直流系統正、負極對地絕緣不對稱，直流電源正極一點接地時，設接地瞬間正極對地初始電壓為u0＝118 V，R1TJ7＝12.75 kΩ，C3＝25 μF，t＝15 ms，則u＝112.6 V。從啟動電壓來看，繼電器1TJ7亦已動作。

5 問題的解決及對策

5.1 問題的解決

通過檢測和分析可知，電容器合閘時較大的振動，使得松動損壞的合閘電源絕緣固定底座出現正電源瞬間接地，從而導致了本次事故。

對4號電容器合閘接觸器上合閘電源底座進行重新安裝固定后，多次對該電容器拉合試驗，電壓波形十分正常，沒有毛刺。對其他可以操作的間隔試驗后，非電量電纜芯上電壓也沒有受到干擾，最終4號電容器正常投運。

檢修人員通過對事故原因的檢查與分析，發現舊變電所老式柜式開關合閘電源接地，尤其正電源接地，對二次回路產生的干擾比較嚴重，并影響到了變電站和電網的安全運行，建議對此類變電所的合閘電源回路進行外觀和絕緣檢查，以防此類事故再次發生。

5.2 非電量保護抗干擾措施

針對非電量保護誤動次數較多，結合上文內容，給出一些抗干擾措施：

（1）非電量保護啟動回路動作功率應滿足反措要求，即應大于5 W。提高動作功率是防止非電量保護誤動的主要措施。

（2）非電量出口 （或重動）中間繼電器動作電壓滿足55%～70%UN。提高動作電壓能在一定程度上防止保護誤動作，但其重要性遠不及提高動作功率。

（3）輸入采用重動繼電器隔離，能起到與增加延時相同的效果。

（4）適當增加延時，這是最簡單、最原始的抗干擾方法。

（5）繼電器線圈兩端并聯電阻，不僅能提高動作功率，而且能減小回路時間常數τ，對抗干擾有利。

（6）屏蔽電纜兩端接地，能防止外部操作干擾導致非電量誤動。

（7）增加抗干擾電容。但此法應慎用，因電容大小很難選擇，且增大了回路時間常數τ，不利于抗干擾。

（8）檢查交直流、強弱電回路不能合用一根控制電纜，而且注意在端子箱內直流與交流電源需適當隔離端子，避免芯線間感應出干擾電壓，并在其終端連接設備上產生出不能接受的共模和差模干擾電壓。

6 結論

非電量保護的作用重要，應使其盡量避免外界干擾，更好地在變電站現場發揮作用。對非電量保護誤動事故的詳細解析及提出的抗干擾措施，可為檢修和運行人員提供參考及借鑒。

［1］GB／T14285－2006.繼電保護和安全自動裝置技術規程 ［S］.北京：中國電力出版社，2006.

［2］林榕，郭建彬，趙春雷.110 k V微機主變壓器保護的使用與運行 ［J］.電力科學與工程，2004，（1）：74-75，78.

Lin Rong，Guo Jianbin，Zhao Chunlei.Application and performance of 110 k V transformer microcomputer protection［J］.Electric Power Science and Engineering，2004，（1）：74-75，78.

［3］曹靜，王五一.500k V主變保護與其他關聯回路的簡要分 析 ［J］.電 力 科 學 與 工 程，2009，25 （12）：49-52.

Cao Jing，Wang Wuyi.Analysis of 500 k V main transformer protection and other related loop［J］.Electric Power Science and Engineering，2009，25 （12）：49-52.

Analysis of One Accident of 110k V Transformer Non-electric Protection Mal-operation

Wang Junhua
（Ningbo Electric Power Bureau，Ningbo 315016，China）

Transformer non-electric protection mal-operation has come to our attention.In this paper，an accident of transformer non-electric protection mal-operation is introduced.The course of searching the problem is ecpouded，and the cause led to the accident is analyzed in theory.Then some corresponding anti-interference measures of Transformer non-electric protection are presented.It is expected to provide useful reference for dealing with the kindred problems.

non-electric protection；gas protection；DC grounding fault；mal-operation

T M773

A

2012－04－17。

王均華 （1978-），男，工程師，從事繼電保護及自動化專業研究及工作，E-mail：wjh1262004＠126.com。