某主變壓器保護(hù)多次動作跳閘事故分析

王 偉，王婷婷，張 里

(國網(wǎng)四川省電力公司技能培訓(xùn)中心，四川 成都 611133)

0 引 言

變壓器的主保護(hù)包括差動電流保護(hù)和重瓦斯保護(hù)，當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障時，變壓器的主保護(hù)能快速跳閘，保護(hù)變壓器本體不受損壞，靈敏度較高。而近年來，由電力變壓器重瓦斯保護(hù)動作引起的主變壓器跳閘事故頻發(fā)[1-4]。某35 kV變電站在2017年至2020年期間，多次發(fā)生主變壓器跳閘事故，導(dǎo)致全站失電。下面收集了每次主變壓器壓器跳閘事故的相關(guān)資料，分析了事故發(fā)生的主要原因。

1 主變壓器壓器跳閘事故情況經(jīng)過

某35 kV變電站(該站主接線為單母線接線只有1臺主變壓器、5條10 kV出線)主接線如圖1所示，在2017年至2020間總共發(fā)生了5次主變壓器跳閘事件。

圖1 35 kV變電站主接線

1.1 第1次跳閘

2017年某日，10 kV線路1保護(hù)動作，1號主變壓器兩側(cè)斷路器跳閘，引起全站失電，導(dǎo)致另4條10 kV線路停電，10 kV出線間隔為兩CT配置。現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)35 kV變電站10 kV線路1保護(hù)裝置顯示“電流速斷動作”，1號主變壓器保護(hù)后備保護(hù)裝置顯示“本側(cè)復(fù)合電壓動作”。

對1號主變壓器本體及連接線外觀進(jìn)行檢查無異常，未發(fā)現(xiàn)近區(qū)短路情況。結(jié)合1號主變壓器動作情況，對主變壓器油樣進(jìn)行化驗(yàn)，結(jié)果顯示油樣無異常。對1號主變壓器保護(hù)裝置的二次電壓、電流及控制回路進(jìn)行了絕緣測試，絕緣測量值都在10 MΩ以上，絕緣合格，排除了回路絕緣降低，觸發(fā)保護(hù)動作的可能。對主變壓器主保護(hù)裝置二次回路進(jìn)行梳理，并檢查了接線情況，未發(fā)現(xiàn)寄生回路。“復(fù)壓動作信號僅表示復(fù)壓元件開放，非出口跳閘命令”，說明線路故障時主變壓器保護(hù)未動作，10 kV線路1保護(hù)動作與主變壓器動作無任何關(guān)聯(lián)。對主變壓器保護(hù)裝置進(jìn)行保護(hù)全檢，斷路器傳動測試，試驗(yàn)結(jié)果顯示保護(hù)裝置動作正常，報文顯示正確。

1.2 第2次跳閘

2019年某日，1號主變壓器兩側(cè)斷路器跳閘導(dǎo)致35 kV全站失電、5條10 kV線路停電?，F(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)1主變壓器保護(hù)裝置無任何保護(hù)動作報文。

現(xiàn)場對1號主變壓器本體及連接線外觀進(jìn)行檢查無異常，未發(fā)現(xiàn)近區(qū)短路情況。主變壓器油樣化驗(yàn)結(jié)果顯示無異常。對現(xiàn)場主變壓器及10 kV出線間隔的操作回路進(jìn)行絕緣測試及回路梳理，未發(fā)現(xiàn)寄生回路和異常。但對保護(hù)裝置的插件進(jìn)行拆卸檢查時，發(fā)現(xiàn)1號主變壓器低后備保護(hù)測控裝置開關(guān)操作插件上的部分元件有燒灼痕跡。

1.3 第3次跳閘

2020年某日，該變電站10 kV線路2保護(hù)裝置電流速斷保護(hù)動作斷路器跳閘，同時1號主變壓器兩側(cè)斷路器跳閘，全站10 kV系統(tǒng)失電，而主變壓器主保護(hù)和后備保護(hù)沒有任何動作報文。

現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，10 kV線路2斷路器因AB相間故障電流速斷保護(hù)動作，A相電流二次值大于保護(hù)電流速斷整定值，動作行為正確。

對1號主變壓器本體及連接線外觀進(jìn)行檢查未發(fā)現(xiàn)異常及近區(qū)短路情況。對主變壓器油樣進(jìn)行化驗(yàn)，結(jié)果顯示油樣無異常。檢查主變壓器保護(hù)裝置中無任何啟動或動作信息，也未發(fā)現(xiàn)其他明顯異常。對1號主變壓器主保護(hù)和后備保護(hù)裝置進(jìn)行校驗(yàn)并檢查二次回路，主變壓器保護(hù)裝置能夠正確動作。對主變壓器差動保護(hù)調(diào)試時發(fā)現(xiàn)保護(hù)能夠正常動作。在主變壓器上也進(jìn)行了重瓦斯傳動試驗(yàn)，能夠正確動作。進(jìn)一步檢查主變壓器保護(hù)裝置的插件，發(fā)現(xiàn)主變壓器差動保護(hù)裝置電源、開入插件以及高、低壓側(cè)斷路器操作插件的部分元件有燒蝕痕跡。

1.4 第4次跳閘

2020年的第2次跳閘，該35 kV變電站10 kV線路3保護(hù)裝置電流速斷保護(hù)動作斷路器跳閘，1號主變壓器有載重瓦斯保護(hù)動作，兩側(cè)開關(guān)跳閘，全站失電。

現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)該35 kV變電站10 kV線路3保護(hù)裝置電流速斷保護(hù)動作跳閘，動作電流二次值大于電流速斷保護(hù)定值，10 kV線路3保護(hù)裝置動作行為正確；1號主變壓器有載重瓦斯動作跳開兩側(cè)斷路器。

對1號主變壓器本體外觀檢查無異常，未發(fā)現(xiàn)噴油現(xiàn)象，壓力釋放閥未動作，有載調(diào)壓分接開關(guān)瓦斯繼電器內(nèi)無積水、受潮現(xiàn)象。有載調(diào)壓開關(guān)油枕油位正常。但發(fā)現(xiàn)有載調(diào)壓開關(guān)油枕油位計(jì)有油位上涌痕跡、主變壓器呼吸器硅膠無變色、呼吸器的油杯換氣銜接處較緊固，存在阻礙正常呼吸的現(xiàn)象。

非電量二次回路絕緣測試合格，絕緣測量值在100 MΩ以上，排除了潮濕導(dǎo)致回路導(dǎo)通觸發(fā)保護(hù)動作的可能。檢查主變壓器主保護(hù)裝置二次回路接線情況，未發(fā)現(xiàn)寄生回路，也未發(fā)現(xiàn)回路異常導(dǎo)通等情況。

手動觸發(fā)有載調(diào)壓瓦斯繼電器探針，有載調(diào)壓重瓦斯動作，斷路器跳閘且保護(hù)裝置出現(xiàn)報文，與1號主變壓器動作的報文一致，能夠復(fù)現(xiàn)1號主變壓器保護(hù)動作現(xiàn)象。

進(jìn)一步核算故障時電流大小：10 kV線路3斷路器故障二次電流為67.46 A，CT變比為100/5，一次側(cè)電流為1 349.2 A，折算到主變壓器高壓側(cè)電流為1 349.2×10/35=385.5 A。高壓側(cè)額定電流為66 A，說明流過主變壓器高壓側(cè)的故障電流為1號主變壓器高壓側(cè)額定電流的6倍。

最后對主保護(hù)(差動)進(jìn)行調(diào)試及保護(hù)傳動，保護(hù)出口正常，能正確跳開兩側(cè)斷路器。

1.5 第5次跳閘

2020年的第3次跳閘，該35 kV變電站10 kV線路4保護(hù)裝置電流速斷保護(hù)動作斷路器跳閘，同時1號主變壓器兩側(cè)斷路器跳閘，全站10 kV系統(tǒng)失電，主變壓器保護(hù)無任何動作報文。

現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)該站10 kV線路4保護(hù)裝置因AB相間故障導(dǎo)致電流速斷保護(hù)動作跳閘，A相電流超過電流速斷整定值，動作行為正確。

對1號主變壓器本體及連接線外觀進(jìn)行檢查無異常，未發(fā)現(xiàn)近區(qū)短路情況。油樣檢測無異常。主變壓器保護(hù)裝置及二次回路也未發(fā)現(xiàn)異常，但后備保護(hù)測控裝置電源插件個別元器件已老化變色。

2 事故原因分析及處置

2.1 電氣量保護(hù)動作分析

通過分析發(fā)現(xiàn)第1、3、4、5次主變壓器跳閘都有主變壓器區(qū)外10 kV線路保護(hù)動作跳線路斷路器。除了第2次主變壓器跳閘事件有主變壓器保護(hù)動作報文，其余幾次均無動作報文，考慮是主變壓器區(qū)外故障導(dǎo)致差動保護(hù)動作，而報文顯示延時造成的。但通過模擬試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)主變壓器保護(hù)在區(qū)外大電流故障情況下并不動作，在區(qū)內(nèi)故障情況下正確動作且顯示動作報文，無動作報文延時現(xiàn)象，故排除此種可能。

2.2 非電量保護(hù)動作分析

考慮到第4次主變壓器跳閘事件是有載重瓦斯動作且有報文，并且通過手動短接有載調(diào)壓重瓦斯繼電器使有載重瓦斯信號開入，變壓器保護(hù)既有報文也能實(shí)現(xiàn)正常的跳閘，于是對非電量保護(hù)的有載重瓦斯保護(hù)進(jìn)行試驗(yàn)。

非電量保護(hù)的工作原理如圖2所示，其中YZZWSS為中間繼電器，TJ為跳閘出口繼電器。當(dāng)有載調(diào)壓重瓦斯繼電器動作，信號開入接點(diǎn)閉合。回路從控制正電源到Y(jié)ZZWS中間繼電器再到控制負(fù)電源接通，YZZWS中間繼電器線圈帶電；對應(yīng)的常開接點(diǎn)YZZWS接點(diǎn)閉合，從而控制正電源到跳閘出口繼電器TJ再到出口壓板最后到控制負(fù)電源回路導(dǎo)通；當(dāng)出口跳閘繼電器TJ線圈帶電，對應(yīng)的跳閘回路接通實(shí)現(xiàn)斷路器的跳閘。

圖2 非電量保護(hù)工作原理

非電量保護(hù)試驗(yàn)平臺是采用昂立微機(jī)保護(hù)測試儀和昂立的模擬斷路器來搭建的，如圖3所示。通過繼電保護(hù)測試儀的開關(guān)量輸出功能對主變壓器非電量保護(hù)進(jìn)行試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：在有載重瓦斯開入信號持續(xù)7～28 ms時，有載重瓦斯動作跳模擬斷路器，但無報文顯示；當(dāng)有載重瓦斯開入信號持續(xù)29 ms或更長時間，有載重瓦斯動作跳模擬斷路器后立即顯示有載重瓦斯動作的報文。

圖3 非電量保護(hù)試驗(yàn)平臺

2.3 處理措施

對主變壓器進(jìn)行的試驗(yàn)包括耐壓試驗(yàn)、絕緣電阻測量、油樣檢驗(yàn)分析等，最終確定主變壓器內(nèi)部無故障。在主變壓器壓器內(nèi)部無故障的情況下，應(yīng)將重瓦斯保護(hù)的整定值設(shè)定在標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)的最上限，防止主變壓器區(qū)外故障產(chǎn)生的穿越性電流導(dǎo)致重瓦斯繼電器誤動作。

3 結(jié) 論

通過模擬試驗(yàn)及綜合分析，該35 kV變電站主變壓器跳閘事故主要由于區(qū)外線路故障導(dǎo)致主變壓器有較大的穿越性電流流過，引起主變壓器油溫升高造成油流動短時沖擊瓦斯繼電器，從而導(dǎo)致主變壓器跳閘、全站停電。由于油流沖擊瓦斯繼電器的時間較短，導(dǎo)致有載重瓦斯動作卻無報文顯示，因此難以發(fā)現(xiàn)主變壓器非電量保護(hù)動作。建議一方面適當(dāng)提高重瓦斯保護(hù)的整定值來防止重瓦斯保護(hù)誤動作，另一方面運(yùn)行時應(yīng)記錄主變壓器壓器區(qū)外故障穿越性電流的沖擊數(shù)量和電流的數(shù)值，為主變壓器壓器的運(yùn)行檢修提供依據(jù)。