3、4號主變空載態差動保護動作跳閘分析

劉夢迪，馬錦彪

（國網新源控股有限公司潘家口蓄能電廠，河北 唐山 064300）

1 引言

某電廠3號機組檢修期間進水口快速門提升充水平壓過程中，通氣孔下口位置距離充水閥出口位置較近，當充水閥打開時，水呈射流狀噴到通氣孔下沿，在通氣孔進口處形成水簾，對通氣孔排氣存在一定的阻擋，閘門底部至充水閥處由于充水閥水流的遮蓋作用存在一定量的氣體無法順利通過通氣孔排出，當水充滿鋼管后，水流遮蓋作用減小，氣泡跟隨著水流進入通氣孔接近水面時破裂產生的浪涌從通氣孔處噴出，噴出的水濺落在3號、4號主變高壓側裸露母線上，3號、4號主變高壓側引線接地，導致3、4號主變差動速斷保護動作。

2 故障現象描述

3號機組檢修期間進水口快速門提升充水平壓過程中通氣孔噴水造成3號、4號主變空載態差動保護動作跳閘。

故障前運行方式：潘遵Ⅰ回線、潘遵Ⅱ回線經母聯開關聯絡運行；四母線帶4號主變運行，五母線帶2號主變、3號主變運行。廠用電系統：4號主變帶廠用電Ⅱ段，廠用分段運行。機組：2號機組停機態、3號機組檢修態、4號機組停機態。

故障后運行方式：潘遵Ⅰ回線、潘遵Ⅱ回線經母聯開關聯絡運行；五母線帶2號主變運行,3號主變退出運行，4號主變退出運行。廠用電系統：1號主變帶廠用電全段運行。機組：2號機組停機態、3號機組檢修態、4號機組停機態。

相關監控信息如下：

21-09-08 08：40：35，操作人員開始進行 3 號機組快速門提門操作；

21-09-08 08：58：35，將快速門充水閥提升到了145 mm進行鋼管充水；

21-09-08 09：08：16，P20盤母差保護 4母電壓開放報警動作；

21-09-08 09：08：16，P20盤母差保護 5母電壓開放報警動作；

21-09-08 09: 09: 16，4號主變差動速斷保護動作跳閘；

21-09-08 09: 09: 34，3號主變差動速斷保護動作跳閘。

3 故障檢查分析

收集現場信息并檢查4號主變保護盤動作及報警信號，4號主變保護裝置現場檢查主變2套差動速斷保護動作跳閘，高壓側相間后備保護啟動，主變高壓側開關失靈保護啟動，低壓側接地后備啟動，保護裝置及機組故障錄波器內部信息如表1，波形圖如圖 1、圖 2、圖 3、圖 4。

圖4 3號主變差動速斷保護動作電流波形

表1 4號主變保護4UPP2 動作記錄

圖1 4號主變差動速斷保護動作主變高壓側電流波形

圖2 4號主變高壓側電壓波形

圖3 4號故障錄波器高壓側電流電壓波形

3號主變保護裝置現場檢查主變2套差動速斷保護動作跳閘，高壓側相間后備保護啟動，主變高壓側開關失靈保護啟動，低壓側接地后備啟動，保護裝置及機組故障錄波器內部信息及波形圖如表2：

表2 3號主變保護3UPP2 動作記錄

圖5 3號主變差動速斷保護動作電壓波形

圖6 3號故障錄波器高壓側電流電壓波形

2次故障均產生較高零序電流及零序電壓，如為兩相故障則不應有零序電壓故障量，因此排除不同設備間不同相兩相故障。根據保護裝置動作時間分析，2次保護動作相差18 s，且保護對時正常，因此排除不同設備間不同相間接地故障。因此最終可以判定此次故障分別為4號主變高壓側C相單相接地故障、3號主變高壓側A相單相接地故障。

4 故障處理過程

事件發生后，運維人員立即收集相關信息，對3、4號主變保護運行狀態進行排查，檢查是否存在保護誤動，檢查主變消防系統是否啟動主變噴淋，監控系統運行是否正常。

檢查4號主變保護運行正常，對差動速斷保護回路檢查及保護校驗正常，通過保護錄波及故障錄波分析4號主變高壓側C相電壓瞬間降低、電流明顯增大。通過保護裝置調取波形C相電流二次有效值達到68.668 A，單相差流超過主變差動速斷保護啟動定值（6Ie即13.122 A）從而導致差動速斷保護動作，差動速斷保護正確動作。檢查3號主變保護運行正常，對差動速斷保護回路檢查及保護校驗正常，通過保護錄波及故障錄波分析3號主變高壓側A相電壓瞬間降低、電流明顯增大。通過保護裝置調取波形A相電流二次有效值達到71.487 A，單相差流超過主變差動速斷保護啟動定值（6Ie即13.122 A）從而導致差動速斷保護動作，差動速斷保護正確動作。監控系統運行正常，監控系統流程及控制邏輯正常，消防系統未啟動主變消防噴淋。檢查現場有噴水跡象，查看工業電視監控錄像為通氣孔（起到一定的調壓作用）噴水，判斷噴水造成3、4號主變高壓側接地。

有關曲線照片如圖7、圖8、圖9可以證明以上分析。

圖7 蝸殼壓力曲線

圖8 快速門開度曲線

圖9 快速門現場開度指示（單位mm，充水閥全開顯示250 mm，閘門全關＜100 mm，閘門全開8 000 mm。）

圖10 快速門開度與蝸殼壓力圖

圖11 通氣孔噴水過程示意圖

圖12 現場水跡

上游水位為224.2 m，超汛限水位2.2 m，快速門提門過程中壓力鋼管充水平壓難度增大；通過查閱蓄能機組原始設計資料通氣孔按照經驗值進行設計，通氣孔面積1.13 m2，依據《水電站調壓室設計規范》，參照阻抗式調壓室第5.3.2條阻抗孔設計規范，阻抗孔面積為壓力引水道或壓力尾水道斷面的25%~45%為宜，初步計算，現有通氣孔面積為壓力鋼管斷面面積（24.617 6 m2）的4.6%，初步懷疑通氣孔無法滿足要求。另外，通氣孔下口位置距離充水閥出口位置較近，當充水閥打開時，水呈射流狀噴到通氣孔下沿，在通氣孔進口處形成水簾，對通氣孔排氣存在一定的阻擋，閘門底部至充水閥處由于充水閥水流的遮蓋作用存在一定量的氣體無法順利通過通氣孔排出，當水充滿鋼管后，水流遮蓋作用減小，氣泡跟隨著水流進入通氣孔接近水面時破裂產生的浪涌從通氣孔處噴出，噴出的水濺落在3、4號主變高壓側裸露母線上，3、4號主變高壓側引線接地，導致3、4號主變差動速斷保護動作，2203開關、2204開關跳閘。事故后處理，檢查主變本體及引線未發現異常；取主變油樣進行色譜檢測分析檢測結果合格；聯系調度進行主變送電操作正常。

5 防范措施

研究制定從根源上解決通氣孔噴水問題的方案，主要包括4種方案：①將充水閥改造成針閥形式，方便控制充水閥過流量；②將充水閥出口高度下移至閘門中下部分，充水閥流出水量達不到通氣口高度，無法形成水柱封鎖通氣孔，通氣孔暢通情況下壓力鋼管內部空氣能及時排除，消除噴水風險；③將快速閘門整體改造，將充水閥位置改為兩端出水，與通氣孔不在同一水平線內；④現在充水閥直徑較大，將充水閥內部焊接擋板，減少出水量，通過控制出水量減緩充水速率。通過以上整改方案，3號、4號主變保護跳閘問題得到解決。