一起特高壓變壓器冷卻器全停事件分析

曾王杰，莫莎莎，劉相如，尹 恒

(1.國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司檢修分公司，浙江 杭州 311200；2.國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司麗水供電公司，浙江 麗水 323000)

1 故障概述

2018-05-19T14:42:19.603，某特高壓站監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)4號(hào)主變間隔“A相冷卻器全?！毙盘?hào)，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維人員迅速到現(xiàn)場(chǎng)檢查4號(hào)主變冷卻器運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)4號(hào)主變A相油泵風(fēng)扇全停，其他兩相運(yùn)行正常。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)處置后，14:51:39.822“A相冷卻器全?！毙盘?hào)復(fù)歸，成功避免了一起因冷卻器全停而造成主變跳閘停運(yùn)事故。特高壓變壓器冷卻器全停時(shí)，允許帶額定負(fù)載運(yùn)行20 min，如20 min后頂層油溫尚未達(dá)到75 ℃，則允許上升到75 ℃；但這種情況下的持續(xù)時(shí)間不能超過(guò)1 h，冷卻器全停投跳閘。

2 事件起因

2.1 站用電Ⅰ段母線(xiàn)電壓降低

通過(guò)查詢(xún)監(jiān)控后臺(tái)記錄，14:42:08.702出現(xiàn)“400 VⅠ段母線(xiàn)失壓”告警信號(hào)，14:42:08.759此信號(hào)復(fù)歸，此時(shí)站用電Ⅰ段電源由35 kV外接線(xiàn)經(jīng)0號(hào)站用變供。

從信號(hào)的動(dòng)作復(fù)歸告警分析，站用電Ⅰ段電壓確實(shí)有降落，降落時(shí)間約為57 ms。

2.2 站用電Ⅱ段母線(xiàn)電壓降低

站用電Ⅱ段電源由4號(hào)主變低壓側(cè)110 kV 7母線(xiàn)經(jīng)兩級(jí)站用變供，經(jīng)查詢(xún)4號(hào)主變故障錄波器，發(fā)現(xiàn)110 kV 7母線(xiàn)14:42:08電壓有波動(dòng)。

通過(guò)故障前和故障時(shí)的有效值計(jì)算電壓下降率：

A相：(52.727-43.825)/52.727×100 %≈16.9 %

B相：(53.251-44.272)/53.251×100 %≈16.9 %

C相：(52.371-43.739)/52.371×100 %≈16.5 %

通過(guò)上述計(jì)算得出110 kV 7母線(xiàn)三相電壓在故障時(shí)掉落16.5 %以上，則站用Ⅱ段電壓也同時(shí)掉落。當(dāng)站用電Ⅱ段運(yùn)行電壓為380 V時(shí)，計(jì)算站用Ⅱ段電壓掉落為380×(1-16.5 %)=317.3 V。由于4號(hào)主變110 kV側(cè)帶2組低抗運(yùn)行，則站用Ⅱ段運(yùn)行電壓略低于380 V，因而推測(cè)故障時(shí)站用電Ⅱ段電壓低于317.3 V。

2.3 電壓掉落原因

通過(guò)故障時(shí)報(bào)文、故障錄波以及當(dāng)時(shí)的電網(wǎng)故障情況分析，14:42:08左右，電網(wǎng)電壓有明顯波動(dòng)，事后查詢(xún)確認(rèn)麗水境內(nèi)220 kV麗楓4P68線(xiàn)發(fā)生A，B，C三相短路故障。這起事件是引起萬(wàn)象3508蓮都T接線(xiàn)和4號(hào)主變電壓110 kV側(cè)電壓三相同時(shí)降落，最終造成站用電Ⅰ，Ⅱ段三相電壓同時(shí)降低的根本原因。

3 事件分析

通過(guò)對(duì)監(jiān)控后臺(tái)信號(hào)的梳理和分析，以及現(xiàn)場(chǎng)各種繼電器性能和整定時(shí)間的排查，還原整個(gè)事件過(guò)程。

3.1 電壓監(jiān)視繼電器情況說(shuō)明

4號(hào)主變冷卻器電壓監(jiān)視繼電器型號(hào)為施耐德RM4TR32，每相變壓器配置KX1～KX4四個(gè)電壓繼電器(KX1，KX2監(jiān)視接觸器電源側(cè)電壓、KX3，KX4監(jiān)視接觸器輸出電壓)。該繼電器的過(guò)壓和欠壓檢測(cè)(2個(gè)門(mén)限值)功能原理如下：當(dāng)三相電壓正常時(shí)，繼電器吸合；當(dāng)三相電壓平均值超出監(jiān)測(cè)范圍且過(guò)壓或欠壓持續(xù)時(shí)間大于測(cè)量周期(80 ms)時(shí)，繼電器釋放；當(dāng)電壓返回額定值時(shí)，繼電器根據(jù)設(shè)定延時(shí)值重新吸合。選擇開(kāi)關(guān)可以進(jìn)行0.1～10 s的可延時(shí)選擇。欠壓和過(guò)壓檢測(cè)整定區(qū)間為330～430 V，時(shí)間延時(shí)整定5 s。電壓監(jiān)視繼電器整定值整定都是現(xiàn)場(chǎng)手撥，不是十分精確。中間延時(shí)繼電器KT1，KT2，KT7，KT8型號(hào)為L(zhǎng)ADT2，延時(shí)整定5 s，整定方式為現(xiàn)場(chǎng)撥輪，也不是十分精確。

3.2 電源接觸器動(dòng)作情況

4號(hào)主變ABC三相各設(shè)冷卻器分控箱，每相冷卻器電源通過(guò)冷卻器電源切換回路實(shí)現(xiàn)，如圖1所示，4號(hào)主變冷卻電源正常運(yùn)行在“Ⅱ用Ⅰ備”模式，切換把手SAM1接通接點(diǎn)①-②，⑦-⑧。正常運(yùn)行時(shí)Ⅱ路KMM2接觸器勵(lì)磁狀態(tài)，Ⅰ路KMM1接觸器非勵(lì)磁狀態(tài)。當(dāng)站用電Ⅱ段失電時(shí)，Ⅱ路KMM2接觸器失磁，Ⅰ路KMM1接觸器勵(lì)磁，切換為站用電Ⅰ段供電；當(dāng)站用電Ⅱ段恢復(fù)時(shí)，Ⅰ路KMM1接觸器失磁，Ⅱ路KMM2接觸器勵(lì)磁，恢復(fù)站用電Ⅱ段供電。

圖1 冷卻器切換回路

冷卻器全?；芈沸盘?hào)是由電源接觸器KMM1和KMM2的常閉接點(diǎn)串聯(lián)(見(jiàn)圖2)，即電源接觸器KMM1和KMM2都失磁，發(fā)出冷卻器全停信號(hào)。冷卻器切換回路中電源接觸器KMM1和KMM2無(wú)單獨(dú)監(jiān)視，但是可以通過(guò)監(jiān)控后臺(tái)冷卻器全停信號(hào)間接反應(yīng)電源接觸器KMM1和KMM2狀態(tài)的變化(見(jiàn)表1)。當(dāng)?shù)谝淮伟l(fā)出冷卻器全停信號(hào)時(shí)，正常運(yùn)行的Ⅱ路電源接觸器KMM2失磁，當(dāng)冷卻器全停信號(hào)復(fù)歸時(shí)，Ⅰ路電源接觸器KMM1勵(lì)磁；當(dāng)?shù)诙伟l(fā)出冷卻器全停信號(hào)時(shí)，Ⅰ路電源接觸器KMM1失磁，當(dāng)冷卻器全停信號(hào)復(fù)歸時(shí)，Ⅱ路電源接觸器KMM2勵(lì)磁。

圖2 冷卻器全停信號(hào)

表1 冷卻器全停信號(hào)時(shí)序表

3.3 電壓監(jiān)視繼電器動(dòng)作情況

站用電Ⅰ段母線(xiàn)失壓告警與返回時(shí)間差57 ms，再加上一個(gè)周波內(nèi)電壓小于額定下限值時(shí)間20 ms，則其電壓掉落時(shí)間(57+20=77 ms)小于80 ms，不滿(mǎn)足電壓監(jiān)視繼電器檢測(cè)時(shí)間，無(wú)法監(jiān)測(cè)出站用電Ⅰ段失壓。4號(hào)主變110 kV 7母電壓掉落到恢復(fù)時(shí)間約82 ms，滿(mǎn)足電壓監(jiān)視繼電器檢測(cè)時(shí)間80 ms，能監(jiān)測(cè)出站用電Ⅱ段失壓。

3.4 4號(hào)主變A相冷卻器全停信號(hào)分析

冷卻器電源由站用電II段切到站用電Ⅰ段運(yùn)行時(shí)，KMM1勵(lì)磁時(shí)間受站用電Ⅱ段電壓恢復(fù)后KX2電壓監(jiān)視繼電器延時(shí)輸出時(shí)間控制，根據(jù)電壓監(jiān)視繼電器動(dòng)作特性，KX3電壓監(jiān)測(cè)繼電器監(jiān)測(cè)電壓恢復(fù)后延時(shí)5 s輸出，KMM1—KX3—KT7 (延時(shí)中間繼電器)回路接通，KT7延時(shí)中間繼電器(延時(shí)5 s)勵(lì)磁。由于KT7繼電器和KX3繼電器時(shí)間調(diào)整都是5 s，而且都是滾輪粗調(diào)節(jié)，當(dāng)KX3調(diào)整時(shí)間大于于KT7調(diào)整時(shí)間，K10繼電器勵(lì)磁并自保持。當(dāng)切到站用電Ⅱ段運(yùn)行時(shí)，KMM2勵(lì)磁，根據(jù)電壓監(jiān)視繼電器“故障檢測(cè)擴(kuò)展”動(dòng)作特性，KX4電壓監(jiān)測(cè)繼電器監(jiān)測(cè)電壓恢復(fù)后延時(shí)5 s輸出，KMM2—KX4—KT8 (延時(shí)中間繼電器)回路接通，KT8延時(shí)中間繼電器(延時(shí)5 s)勵(lì)磁。由于KT8繼電器和KX4繼電器時(shí)間調(diào)整都是5 s，而且都是滾輪粗調(diào)節(jié)，當(dāng)KX4調(diào)整時(shí)間大于KT8調(diào)整時(shí)間，K11繼電器勵(lì)磁并自保持(見(jiàn)圖3)。

圖3 K10，K11自保持回路

由于K10和K11自保持勵(lì)磁，常閉接點(diǎn)斷開(kāi)，造成KMM1和KMM2失磁，發(fā)出冷卻器全停信號(hào)。

4 處理建議

通過(guò)該次事件的的綜合分析，發(fā)出冷卻器全停信號(hào)的原因：一是系統(tǒng)故障時(shí)的電壓低于電壓監(jiān)視繼電器低電壓設(shè)定值；二是電壓監(jiān)測(cè)繼電器之間時(shí)間整定值未有效配合。處理方案分析如下。

(1) 對(duì)電壓監(jiān)視繼電器模式進(jìn)行調(diào)整，使其運(yùn)行在“故障檢測(cè)延長(zhǎng)”模式下。此種模式當(dāng)電壓超出低電壓運(yùn)行范圍時(shí)，電壓監(jiān)視繼電器延時(shí)輸出。此種模式不利于變壓器冷卻器電機(jī)運(yùn)行，會(huì)造成電機(jī)發(fā)熱，縮短電機(jī)壽命。

(2) 對(duì)電壓監(jiān)視繼電器欠壓與過(guò)壓檢測(cè)范圍進(jìn)行調(diào)整，降低低電壓整定值，以降低其對(duì)系統(tǒng)電壓波動(dòng)的響應(yīng)。此方案一方面需考慮到風(fēng)扇、油泵電機(jī)的運(yùn)行允許低電壓幅度，另一方面需考慮系統(tǒng)故障類(lèi)型和故障地點(diǎn)，因此較難通過(guò)此方法從根本上消除此類(lèi)全停報(bào)警問(wèn)題。

(3) 對(duì)電壓監(jiān)視繼電器時(shí)間進(jìn)行調(diào)整。忽略中間繼電器動(dòng)作時(shí)間，當(dāng)KX2整定延時(shí)時(shí)間(與KMM1合閘時(shí)間有關(guān))和KX3整定延時(shí)時(shí)間都大于KT7整定時(shí)間，則KT7繼電器動(dòng)作。當(dāng)KX4延時(shí)時(shí)間大于KT8時(shí)間，則KT8動(dòng)作。電壓監(jiān)視繼電器KX1，KX2，KX3，KX4整定時(shí)間和中間延時(shí)繼電器KT7，KT8整定時(shí)間都為5 s，且都是手動(dòng)粗調(diào)。為了能取得時(shí)間上的配合，要將KT7和KT8整 定 時(shí)間明 顯大于KX1，KX2，KX3，KX4整定時(shí)間，從而考慮將KX1，KX2，KX3，KX4電壓監(jiān)視繼電器時(shí)間設(shè)置為3 s，既能滿(mǎn)足系統(tǒng)重合閘、三相不一致的時(shí)間配合，又能與KT7，KT8繼電器時(shí)間上取得配合。