防止大穿越電流引起瓦斯保護誤動的解決方案

晉龍興，谷斌，王世祥，肖碩霜

（深圳供電局有限公司，廣東　深圳　518000）

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防止大穿越電流引起瓦斯保護誤動的解決方案

晉龍興，谷斌，王世祥，肖碩霜

（深圳供電局有限公司，廣東深圳518000）

〔摘 要〕分析了大穿越電流引起瓦斯保護誤動的機理，提出了5種防止瓦斯保護誤動的解決方案并分析了各方案的優缺點；結合其中2種方案，以增加電氣量閉鎖邏輯為主，增加1s延時為后備，構成了一種完善的瓦斯保護主后備解決方案；最后，針對現有增加瓦斯保護延時的解決方案，提出了4點運維建議，以有效預控該方案存在的風險。

〔關鍵詞〕大穿越電流；瓦斯保護；誤動；電氣量閉鎖

0　引言

瓦斯保護是變壓器的主保護，其優點是能夠反映變壓器的所有內部故障且靈敏度高；缺點是導致其誤動的因素較多，如大穿越電流、勵磁涌流等，其中大穿越電流導致瓦斯保護誤動的問題尚未有完善的解決方案。

2010-05-06，某供電局某500kV變電站2號主變重瓦斯保護誤動作。2014-04-11，另一供電局某500kV變電站由于區外短路故障，造成1，2，3號主變重瓦斯保護誤動作，引起4個220kV變電站、13個110kV變電站失壓。因此，研究防止大穿越電流引起瓦斯保護誤動的解決方案，對于預防大面積停電事故具有重要意義。

1　大穿越電流引起瓦斯保護誤動的機理分析

1.1瓦斯保護動作原理

以雙浮子瓦斯繼電器為例，電量故障時瓦斯保護的動作原理如圖1所示。當主變內部發生輕微故障時，繞組局部過熱分解變壓器油產生少量烴類氣體，氣體聚集到瓦斯繼電器頂部使得上浮子F1下移，輕瓦斯信號接點S1接通發報警信號。當主變內部發生嚴重故障時，短路電流分解變壓器油產生大量烴類氣體，形成高溫高壓的油流沖擊擋板，使下浮子F2下移，重瓦斯接點S2接通出口跳閘。

圖1　瓦斯保護動作原理

1.2大穿越電流下繞組的受力分析

根據減極性原則可知，當主變流過大穿越電流時，主變內側和外側繞組流過的電流方向相反，如圖2所示。

圖2　大穿越電流下內外側繞組電流方向

以俯視角度觀察變壓器的內側繞組和外側繞組，其電流方向如圖3所示。其中，Ik1為內側繞組電流，Ik2為外側繞組電流。

圖3　俯視角度下內外側繞組電流方向

根據左手定則分析大穿越電流與軸向漏磁之間的相互作用，變壓器內外側繞組的受力情況如圖4所示。其中，Bz為軸向漏磁磁感應強度，×表示的方向為垂直紙面向內。由圖4可知，在軸向漏磁的作用下，內側繞組受到向內的輻向擠壓力，外側繞組受到向外的輻向拉伸力，其大小均為Fh。

圖4　軸向漏磁下內外側繞組的受力情況

同理，分析大穿越電流與輻向漏磁之間的相互作用，變壓器內外側繞組的受力情況如圖5所示。其中，●表示的方向為垂直紙面向外，Bh1-Bh4為輻向漏磁磁感應強度。在輻向漏磁作用下，內外側繞組均受到軸向的擠壓力。

圖5　輻向漏磁下內外側繞組的受力情況

1.3大穿越電流引起重瓦斯保護誤動分析

大穿越電流引起油流突變加速是導致重瓦斯保護誤動的主要原因，具體分析如下。

大穿越電流與軸向漏磁的相互作用，使得內側繞組受擠壓變形嚴重，產生很多“空隙”；大穿越電流與輻向漏磁的相互作用，使得繞組線餅與線餅之間、線餅與墊塊之間以及墊塊與墊塊之間受到軸向擠壓力，從而導致繞組線餅也出現“空隙”。變壓器油迅速進入這些空隙，使得空隙內油的壓力顯著高于繞組外側油的壓力，進而促使主變油流速度突然大幅度提升。突變的高速油流沖擊瓦斯繼電器擋板，導致重瓦斯保護誤動。

此外，由于大穿越電流為交流電流，繞組受力將發生周期性變化，這也可能引起主變振動，進而導致重瓦斯保護誤動。

2　大穿越電流引起瓦斯保護誤動的解決方案

2.1調整系統運行方式

根據日本三菱公司的分析計算結果可知，當500kV主變重瓦斯保護動作值設定為1.0 m/s，中壓側故障電流達到9 kA，或主變重瓦斯保護動作值設定為1.5 m/s，中壓側故障電流達到13 kA時，重瓦斯保護可能誤動作。因此，通過調整運行方式，使得當主變附近發生區外故障時流過主變的穿越短路電流小于9 kA或13 kA，則可有效防止重瓦斯保護誤動。

2.2提高油流繼電器整定值

通過適當提高重瓦斯保護油流速度整定值，可防止主變附近區外故障重瓦斯保護誤動。但此方案降低了保護的靈敏度。

2.3提高主變生產工藝

由大穿越電流引起主變瓦斯誤動的機理可知，繞組受短路電流電磁力作用產生形變是引起油流突變加速的主要原因。因此，可通過提高變壓器生產工藝，增強繞組內部的絕緣水平、力學特性和機械穩定性，使大穿越短路電流流過繞組時，繞組形變極小，不足以引起油流突變加速。

2.4增加瓦斯繼電器動作延時

當主變區外設備發生短路故障時，故障設備的主保護將瞬時動作切除故障。若增加重瓦斯繼電器動作延時，且該延時能夠可靠躲過區外故障切除時間和瓦斯繼電器的返回時間，則可防止瓦斯保護誤動。根據南方電網公司反措規定，該重瓦斯繼電器的延時整定為1s。現場可根據非電量保護配置情況，采用相應的方法加以改進。

2.5增加電氣量閉鎖邏輯

主變差動電流保護也是主變內部故障的主保護。差動電流保護的靈敏性低于瓦斯保護，但其選擇性明顯優于瓦斯保護，能可靠辨別區內故障和區外故障。因此，可利用差動電流保護良好的選擇性，閉鎖近區外故障瓦斯保護誤動。

由于工頻變化量差動保護能靈敏反應2％匝短路的輕微匝間故障，因此，可先以工頻變化量不啟動作為故障點在區外的判別條件；再以發生短路故障時，高壓側電流Ih大于中壓側和低壓側母線上所有線路末端的最小短路電流Ih set作為故障點在主變附近的判別條件。若這2個條件同時滿足，則發生近區外故障，閉鎖瓦斯保護。

為進一步提高瓦斯保護的可靠性，克服工頻變化量差動保護對匝間短路靈敏性不足，對鐵芯過熱燒傷、油面降低等無法反映的缺點，以增加電氣量閉鎖的瓦斯保護作為主保護，以增加1s延時方案為后備保護，2者按“或”邏輯出口跳閘，如圖6所示。

上述5種解決方案的對比分析如表1所示。

3　500kV主變運維的合理化建議

隨著主變運行時間的增加，其各方面性能也在緩慢下降。每次大穿越電流沖擊主變時，主變繞組的形變及對其絕緣造成的損傷也將逐漸累加。當繞組形變和絕緣損傷積累到一定程度時，不僅可能導致瓦斯保護誤動，也容易誘發主變內部故障。

表1　5種解決方案的對比分析

由于增加1s延時的解決方案能夠在風險可控的情況下最快實行，故絕大部分500kV主變瓦斯保護改造均采用此方案。而當主變內部匝間發生輕微故障時，重瓦斯保護延時動作，存在加劇損傷主變內部繞組絕緣的風險。預控該風險的關鍵是及時發現主變內部輕微故障。為此，對各專業班組分別給出如下合理化建議：

（1）對于繼保班組，記錄主變近區外短路的詳細信息，重點加強對重瓦斯延時繼電器的狀態巡視和檢驗；

（2）對于檢修班組，根據短路電流信息分析主變受沖擊電流影響的情況；

（3）對于運行班組，值班中加強對輕瓦斯動作信號的監視，巡視中加強紅外測溫和油位監視；

（4）對于試驗班組，在主變近區外短路后，適當增加繞組變形試驗、直阻測量試驗或油樣分析的次數。

通過以上4個方面的運維措施，可有效預控該風險。

參考文獻：

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5 曾賢.主變壓器重瓦斯保護動作原因分析及處理［J］.電力安全技術，2007，9（6）：24-25.

收稿日期：2015-09-08。

作者簡介：

晉龍興（1987-），男，助理工程師，主要從事電力系統繼電保護工作，email：jinlongxing_0832@foxmail.com。

谷斌（1985-），男，工程師，主要從事電力系統繼電保護方面的工作。

王世祥（1970-），男，教授級高級工程師，主要從事電力系統繼電保護試驗工作。

肖碩霜（1988-），女，助理工程師，主要從事電力系統繼電保護工作。