幾起非電量保護異常引起設備跳閘／閉鎖的案例分析

帥 勇，劉 赟

（1.國網湖南省電力公司常德供電分公司，湖南常德 415000；2.國網湖南省電力公司電力科學研究院，長沙 410007）

主變壓器作為電網的核心設備，在運行過程中出現跳閘將導致負荷損失，給國民生產帶來較大影響。以往主變壓器運維管理對的電氣絕緣性能較為重視，但對主變的非電量裝置的運維管理重視不夠，導致近年來出現了多起由于非電量保護誤動造成的主變跳閘事件。本文通過對近年來幾起典型主變壓器、平波電抗器、換流變壓器設備跳閘情況進行分析，提出防止主變非電量異常引起保護誤動的防范措施，旨在為主變壓器的運維管理提供參考經驗。

1 冷控器全停回路異常引起主變跳閘

1.1 事件情況

2014年1月2日，某330 k V變電站1號非電量保護“風冷全停延時跳閘”啟動，1 h后，跳主變三側。現場檢查發現，變壓器運行正常、主變三側斷路器運行正常，僅發現風冷控制箱內欠壓繼電器KV1、KV2均處于動作狀態。

檢查發現，1號主變測控裝置三側斷路器分閘燈亮，1號主變非電量保護屏“1號主變冷控失電”信號燈、跳閘信號燈點亮。但檢查變電站綜合自動化系統后臺和調度監控中心主站端發現，均無“1號主變冷控失電”告警信息。

1.2 原因分析

針對現場和綜自系統檢查情況，結合風冷全停非電量保護原理及二次回路結構進行分析。其冷卻器全停起動保護原理圖如圖1所示。

冷卻器全停起動動作原理：欠壓繼電器KV1、KV2分別接于風冷1號電源、2號電源的進線上。當進線電壓降低到啟動值以后，欠壓繼電器KV1、KV2勵磁，或四組風扇接觸器全部失磁后接觸器觸點KM1、KM2、KM3、KM4全部接通，這兩種情況均可使冷卻器全停瞬動報警起動回路中的交流繼電器K11勵磁，使得冷卻器全停瞬時報警觸點回路中的常開節點K11閉合，開入至相應的非電量保護裝置。當達到動作時限（1 h）后出口跳閘。

圖1 冷卻器全停起動保護原理圖

風冷全停非電量保護動作原因分析：冷卻系統全停事件前調度為調節系統電壓投入該站電抗器造成35 k V電壓降低，在此期間加上接入該站的風電出力變化擾動，導致所用電壓過低，KV1、KV2勵磁啟動風冷全停保護回路。當風電擾動消失，所用電壓有所恢復，但未達到KV1、KV2繼電器動作返回值，造成風冷全停保護一直動作，而非電量保護裝置內冷控失電延時跳閘繼電器J1的信號接點在繼電器動作后未接通，造成冷控失電延時跳閘信號未上送。監控中心未接收到風冷全停告警信號，錯失通知運行人員現場檢查退出該保護機會，保護到時限后主變跳閘。

1.3 防范措施

針對本事件提出以下技術措施，供隱患排查治理：

（1）結合檢修對欠壓繼電器KV1、KV2進行校驗，對不滿足檢驗規程要求的繼電器進行更換。

（2）對強油循環風冷變壓器的風冷全停非電量保護裝置的信號，結合季節檢查進行定期試驗，包括冷卻器全停啟動和失電啟動，確保信號回路工作正常，消除存在的隱患。

2 瓦斯繼電器振動引起換流變壓器閉鎖

2.1 事件情況

某國產變壓器廠供貨的多個換流站平波電抗器本體瓦斯繼電器在2010年2月、2011年7月、2013年7月相繼發生了動作，導致單極閉鎖。現場對平波電抗器及瓦斯繼電器進行現場外觀檢查、油樣分析、電氣試驗，結果均合格，平波電抗器無異常，認為閉鎖事件由瓦斯繼電器誤動作引起。

2.2 原因分析

事件發生后對全國使用油浸式平波電抗器的16座在運直流換流站進行了排查，并與供貨廠家進行了分析。初步認為Asea Brown Boveri公司（以下簡稱ABB公司）、西安西電變壓器有限責任公司（以下簡稱西變公司）采用瓦斯繼電器與本體軟連接的方式，本體與瓦斯繼電器之間的振動通過軟連接進行隔離，受本體振動的影響最小（見圖2和圖3）。

圖2 西變公司平抗瓦斯繼電器安裝圖

圖3 ABB公司平抗瓦斯繼電器安裝圖

西門子變壓器有限公司采用兩端固定在本體上的方式，與本體振動基本一致（見圖4）。

發生誤動作的廠家的平抗瓦斯繼電器與油枕采用波紋管連接，與油箱采用管道硬連接，形成懸梁臂結構（相當于一端懸空）（見圖5），放大了振動，在平抗經受暫態大電流時，繞組收縮和箱體的輕微變形會引起油向油枕方向涌動，兩者共同作用導致重瓦斯動作。

在事件發生后，這些廠家對誤動的平抗進行三維模擬仿真，施加7.2 k A電流（持續時間為60 ms）時，平波電抗器本體箱蓋的振動加速度最大為4G m／s2，瓦斯繼電器最大加速度約達到9G m／s2，超過配置的瓦斯繼電器可承受的最大允許振動加速度（2G m／s2，2～200 Hz），計算結果表明可能導致瓦斯繼電器誤動。另一方面，這些廠家的平抗瓦斯繼電器動作流速整定值為1.5 m／s，整定值較小易發生誤動。

圖4 西門子公司平抗瓦斯繼電器安裝圖

圖5 發生誤動作的廠家的平抗瓦斯繼電器安裝圖

2.3 防范措施

（1）采取加固措施。采取在緊靠瓦斯繼電器油路處安裝抱箍，將管路與平抗本體外殼作剛性連接。

（2）調整瓦斯繼電器定值。根據廠家核算結果，結合停電檢修將瓦斯繼電器流速定值由1.5 m／s調整至2.5 m／s。

（3）充分借鑒ABB公司和西變公司經驗，研究將瓦斯繼電器與本體采用軟連接的方式，對擬改接的方式應考慮施加重力載荷及短路力載荷，仿真分析在這兩種載荷共同作用下的結構的響應情況。

4 重瓦斯保護未就地復位引起主變跳閘

4.1 事件簡介

2013年11月4日，運行人員巡視發現某220 k V變電站2號主變調壓開關油室油位過低，報檢修后計劃于11月6日對調壓開關油室進行了帶電補油操作。11月6日14時52分，運行人員將調壓開關重瓦斯跳閘改投為信號，15點36分，補油操作完成。期間，監控信息顯示，在補油過程中的14點58分，調壓開關瓦斯繼電器發出了重瓦斯動作信號。監控告知了變電運維值班負責人，得到了情況屬實，正在進行補油操作的回復。

11月7日15點28分，調壓開關重瓦斯跳閘改為發信達到24小時，運行向調度申請將調壓開關重瓦斯發信恢復為跳閘。15點30分，操作人員投入壓板前檢查了2號主變保護A屏，發現WBH-801微機變壓器保護裝置“信號”燈亮，按下復位按鈕后復歸，檢查本屏所有保護裝置無異常后，投入調壓重瓦斯壓板時2號主變三側斷路器跳閘。

4.2 原因分析

由于現場主變檢查外觀無異常，考慮到運行人員操作過保護裝置的復位功能，對保護裝置進行了詳細的檢查。檢查＃2主變保護A屏屏后調壓重瓦斯保護動作開入信號帶正電。表明＃2主變保護出口后該信號一直保持。按WBH-801裝置復歸按鈕，可復歸WBH-801電量保護裝置液晶屏彈出報文，但不能復歸WBH-802非電量保護裝置“信號”、“跳閘”燈。

結合SOE及故障錄播原因分析主變跳閘是由于運行人員在該信號未復歸的情況下，投入壓板導致主變因調壓重瓦斯而出口跳閘。而導致信號未復歸的初步判斷是由于瓦斯繼電器在油流沖動下具有自保持功能，調壓瓦斯繼電器實物如圖6所示。為此特利用瓦斯繼電器校驗平臺，進行了試驗驗證。

圖6 具有自保持結構的瓦斯繼電器

試驗采用的調壓開關瓦斯繼電器上端部位設置了兩個試驗按鈕，分別為脫扣和復位。被試品是長征電器一廠1986年生產的QJ2-25型產品，整定油速為1.4 m／s。工作人員將瓦斯繼電器固定到校驗平臺上，當油速達到1.145 m／s時重瓦斯動作。試驗完成后，將瓦斯繼電器從校驗平臺上取下，用萬用表測量重瓦斯發信的輸出接點，在沒有油流的情況下，仍處于導通狀態。按下復位按鈕后，輸出接點處于開路狀態。試驗證明，這類調壓開關瓦斯繼電器，當重瓦斯動作后，具有自保持功能。

4.3 防范措施

結合本案例的原因和反映出來的問題，提出以下技術防范措施：

（1）考慮現有的微機保護裝置的可靠性較傳統的繼電保護可靠性高，且出口傳動均有錄波及相關信息記錄，所以可以考慮更換需要人工就地復位的瓦斯繼電器更換為具有自恢復功能的瓦斯繼電器。

（2）對變壓器本體及調壓開關進行補油操作后，應檢查瓦斯繼電器的動作信號，必要時由檢修人員處理。

（3）調度人員在下達投退壓板的指令前，應對相應設備和保護裝置的狀態進行再確認，加強與現場操作人員的溝通。

5 瓦斯繼電器浮球進油起換流變壓器閉鎖

5.1 事件簡介

2010年12月9日，鵝城站極I換流變Y／D A相有載分接開關油流繼電器誤動，極I閉鎖。2011年3月13日和3月22日，寶雞換流站極I換流變C相本體重瓦斯誤動，極I閉鎖。

5.2 原因分析

初步檢查原因為EMB公司生產的瓦斯繼電器內浮球存在質量問題，兩個半球熔接時壓接不緊且兩個半球熔接處太薄，檢測過程中沒有發現熔接處的微小縫隙。運行中變壓器油逐漸滲入浮球內，浮球下沉造成瓦斯繼電器跳閘接點接通，重瓦斯保護誤動。

為了更好的提出分析原因并制定防范措施，對浮球的加工流程介紹如下：浮球制造前，EMB公司采購采用特殊尼龍材料制造的兩個半球。將兩個半球卡入熔接機內，半球頂部突起用于定位半球在熔接機內的位置。

半球固定裝置移動至溫度為430℃的鐵板表面上，半球與鐵板不直接接觸，利用鐵板溫度將半球邊緣熔化，要求熔接介質由原有工藝中的鋁材變更為鐵材。兩個半球邊緣熔化后，上半球固定裝置下移，與下半球進行壓接，熔接后形成整個浮球。

5.3 防范措施

（1）根據分析的原因要求浮球制造按以下措施改進：一是兩個半球熔接后邊緣連接處厚度由小于1 mm增加至2 mm及以上；二是熔接介質由鋁材變更為鐵材，以便更好的保持熔接時的溫度；三是熔接時間由43 s增加至53 s。上述改進促使半球熔接更加緊密。

（2）根據分析的原因要求浮球檢測按以下措施改進：一是卡尺測量浮球邊緣厚度小于2 mm時列為不合格產品；二是在真空容器中注油后在壓力容器中經過不注油加壓－1.0 bar持續5 h；注油加壓－1.0 bar持續3 h；注油加壓3.0 bar持續15 h；注油加壓5.0 bar持續22 h共計4個階段的檢測后，將浮球取出后在燈光下檢測是否滲油，便于浮球內氣體的滲出和油的滲入，提前發現問題。

（3）對目前在運的相同批次的產品應盡快在檢修中組織進行更換。另外對新工藝產品應加強安裝前可以按照廠家出廠檢測標準進行質量抽檢。

6 總結

變壓器的運維管理，除了重要的絕緣性能監測與檢測外，對于平時關注較少的非電量也應該加強運維管理與技術管理，本論文通過國網公司近幾年的典型案例的分析，有利于提供非電量運維治理的思路與措施，其中重點加強可能引起系統跳閘或閉鎖的冷卻器全停和重瓦斯保護非電量通道的反措管理。

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