500?kV主變壓器重瓦斯保護二次回路改進

陳星霖，宋傳盼

(深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518000)

0 引言

主變壓器重瓦斯保護裝置反映變壓器繞組匝間短路或內部絕緣放電故障，是變壓器的主保護之一。近年來，電力系統(tǒng)時常發(fā)生主變重瓦斯保護誤動而引起的變壓器跳閘事故，嚴重影響電力系統(tǒng)的可靠運行，對此必須采取措施嚴加防范。

1 主變重瓦斯保護誤動原因及防誤動措施

1.1 重瓦斯保護原理

當變壓器油箱內發(fā)生較嚴重故障時，產生大量瓦斯，變壓器油將以較高速度經連接變壓器油箱和瓦斯繼電器的油管沖向油枕。達到一定速度的油流沖擊重瓦斯繼電器，瞬時接通跳閘回路，切斷與變壓器連接的所有電源，從而起到保護變壓器的作用。

1.2 主變重瓦斯保護誤動原因及后果

重瓦斯保護裝置抵抗外界干擾的性能較差，易發(fā)生誤動作。變壓器發(fā)生近區(qū)區(qū)外故障時，穿越性短路電流很大，繞組溫度上升很快，使油的體積膨脹，油隙間的油流速度加快。當油隙內和繞組外側產生的壓差變化較大時，重瓦斯保護可能誤動。

某500 kV變電站4臺主變均為日本三菱公司生產的500 kV殼式變壓器，型號為三菱SUB，瓦斯繼電器型號為FUKUDA TOKYO J-4100，整定流速為1 m/s。該站因帶負荷拉刀閘而引發(fā)三相短路，220 kV母差保護動作切除5 M和6 M所有開關并失壓。由于穿越性短路電流很大，運行在220 kV 1 M和2 M的1，2號主變因本體抗區(qū)外故障能力差，重瓦斯保護誤動作，造成220 kV 1 M和2 M失壓，導致4個220 kV變電站和13個110 kV變電站失壓的大面積停電事故。

1.3 防止主變重瓦斯保護誤動措施

該型號的主變在運行中已相繼發(fā)生多起因外部短路引起的主變重瓦斯誤動作事故，造成比較嚴重的后果。根據三菱公司的計算結果：當發(fā)生區(qū)外故障時，若主變重瓦斯動作值設定為1 m/s，當本體中壓側故障電流達到9 kA時，重瓦斯保護可能誤動作。由于500 kV母線及出線近區(qū)故障的主保護和后備保護的動作時間在1 s以內，因此可考慮采取主變重瓦斯保護增加1 s延時跳閘的措施(見圖1)，從而保證發(fā)生區(qū)外故障時，避免主變重瓦斯保護誤動。

圖1 重瓦斯保護延時1 s動作

采取“延時保護”策略，雖可能擴大變壓器匝間短路故障范圍及嚴重程度，但從變壓器故障后修復考慮，與傳統(tǒng)保護方式下故障主變的修復工作量、復電時間及成本投入等相比，并未明顯增加。1 s延時可躲過區(qū)外故障時主保護和后備保護的動作時間。這意味發(fā)生區(qū)外故障時，可有效避免該型主變重瓦斯保護誤動作。

據此，電網公司為防止區(qū)外故障引起三菱500 kV主變重瓦斯保護誤跳閘造成大面積停電事故，提出以下反事故措施。

(1) 當變電站存在2臺及2臺以上500 kV三菱主變運行時，要優(yōu)先采取運行方式調整措施，減少分段運行的母線單元上三菱主變臺數。

(2) 在未事先限制負荷的前提下，如無法采用運行方式調整措施，或經過方式調整后，單個分段運行的母線單元(與其他母線無電氣聯(lián)結)上仍存在2臺及2臺以上三菱主變運行的情況時，應采取部分主變重瓦斯保護增加1 s延時跳閘的措施。

(3) 如當前不具備加保護延時條件的，應采取將部分主變重瓦斯保護由投跳閘改投信號的措施。

2 主變重瓦斯保護延時改進方案

某500 kV變電站4臺主變均為日本三菱生產的500 kV殼式變壓器，存在著發(fā)生區(qū)外故障導致主變重瓦斯保護動作風險。根據電網公司要求，該站決定實施主變重瓦斯保護增加1 s延時跳閘的反事故措施。

2.1 4號主變重瓦斯保護延時改進方案

該500 kV變電站4號主變非電量保護采用南瑞繼保變壓器非電量及輔助保護。從4號主變本體來的分相重瓦斯信號經重動繼電器(不經延時，動作后直接出口)，重動后直接啟動裝置的跳閘繼電器。該保護裝置通過整定相關定值，即可實現(xiàn)重瓦斯繼電器增加1 s動作延時功能。

從圖2可知，原4號主變非電量保護存在非電量延時跳閘開入端子可用。改造方案為：將4號主變重瓦斯跳閘開入改接至非電量4延時跳閘，即將原本體重瓦斯分相起動回路009，011，013分別改接至8FD24，8FD25，8FD26端子；同時將4號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相應重動繼電器遙信端子。改造后，本體重瓦斯開入經過延時出口接點起動跳閘繼電器。

圖2 原4號主變重瓦斯保護跳閘邏輯

2.2 1，2，3號主變重瓦斯保護延時改進方案

該500 kV變電站1，2，3號主變非電量保護采用國電南自變壓器非電量及輔助保護。經現(xiàn)場核查及國電南自公司技術人員確認，上述非電量保護裝置無法通過硬件、軟件升級的方式實現(xiàn)重瓦斯保護延時跳閘，因此采用在重瓦斯跳閘回路中串接外加延時繼電器的方案。由于1，2，3號主變壓器保護配置相同，本文以2號主變?yōu)槔唧w介紹2號主變重瓦斯保護延時改進方案。

2.2.1 原重瓦斯保護跳閘邏輯

來自主變本體的重瓦斯繼電器接點進入2號主變保護屏(C)中的非電量端子4X-42，4X-43，4X-44后，啟動非電量重動繼電器K 1，K 2，K 3。三相非電量重動繼電器的接點并聯(lián)后，通過壓板2XB直接啟動保護裝置的跳閘出口繼電器跳閘，如圖3所示。

圖3 原2號主變原重瓦斯保護跳閘邏輯

2.2.2 延時改進方案1

在圖3的基礎上，增加時間繼電器SJ，延時接點經2XB壓板過中間跳閘出口繼電器(見圖4)。

圖4 改進方案1

2.2.3 延時改進方案2

在改進方案1的基礎上，將SJ延時接點的正電源改為與SJ繼電器正電源端并聯(lián)(見圖5)。

圖5 改進方案2

2.2.4 延時改進方案3

為防止時間繼電器可能因生銹、卡澀等原因導致延時接點不能閉合，在改造方案2的基礎上，將時間繼電器的2對延時接點并聯(lián)(見圖6)，以降低重瓦斯保護拒動的風險。

圖6 改進方案3

2.2.5 3種方案比較

綜合比較，方案3最優(yōu)。但考慮現(xiàn)場環(huán)境、配線難度以及時間繼電器選擇難易等因素，決定實施改進方案2。3種改進方案的比較如表1所示。

表1 3種改進方案的比較

3 風險控制措施

3.1 時間繼電器的選擇

選用性能穩(wěn)定可靠的時間繼電器：型號為ETR4-70B-A，額定電壓為DC 110 V,可選時間為1 s～100 h，有2對延時接點。一對延時接點用于啟動重瓦斯跳閘，另一對延時接點用于啟動錄波。

3.2 控制措施

3.2.1 時間繼電器拒動的風險

日常運維工作中加強對時間繼電器的巡視；根據反措要求，加強對時間繼電器的動作電壓、動作功率和動作時間的測試，接點接觸可靠性的檢查；通過錄波器監(jiān)視時間繼電器的動作行為。

3.2.2 失靈保護未正確隔離誤跳運行設備的風險

編制二次回路施工安全措施單，明確隔離變中失靈啟動、變高開關失靈聯(lián)跳運行開關回路，退出相應的壓板，并用絕緣膠布封好壓板兩端及對應回路端子排。

3.2.3 回路拆接不規(guī)范的風險

按二次回路施工要求，做好拆接線記錄；嚴格按回路改進施工圖施工；接線緊固，仔細進行回路動作試驗，確保動作邏輯正確。

4 延時改進驗收

4.1 綜自后臺報文驗收

分別短接A相，B相，C相本體重瓦斯接點，綜自后臺分別收到“2號主變本體重瓦斯動作”SOE動作報文。

以A相重瓦斯動作為例，經1 049 ms延時跳開5022開關，經1 062 ms延時跳開5023開關，經1 074 m s延時跳開2號主變變中2202開關，經1 077 ms延時跳開2號主變變低302開關，符合重瓦斯保護經1 s延時動作跳閘要求。

4.2 故障錄波驗收

分別短接A相，B相，C相本體重瓦斯接點。以A相重瓦斯動作為例，錄波器錄到“本體重瓦斯動作”變位，并經1 045 ms延時跳開5022開關，經1 060 m s延時跳開5023開關，經1 072 m s延時跳開2號主變變中2202開關，符合本次本體重瓦斯保護經1 s延時動作跳閘要求。

5 結束語

本文實施的加延時跳閘措施，是針對區(qū)外故障易發(fā)生誤動作的待定主變。該500 kV主變重瓦斯保護經1 s延時跳閘改進后，降低了區(qū)外故障引起重瓦斯保護誤動的風險，提高了主變運行的可靠性。