某國外水電站變壓器瓦斯保護動作分析和處理

杜瑞濤

（東方電氣集團國際合作有限公司，四川 成都 610097）

1 引言

烏茲別克斯坦卡季林（Kadirin）水電站是東方電氣在“一帶一路”倡議下總包實施的一個典型水電站工程。該電站裝機為2臺7 670 kW的水輪發電機組，由發變組單元升壓接線至35 kV開關站，并在35 kV開關站接入當地電網。35 kV開關站安裝了1臺2 500 kVA的油浸式降壓變壓器為電站周邊農村供電。2019年6月6日，該變壓器發生瓦斯跳閘事故。

2 變壓器線路保護配置情況

發生瓦斯跳閘事故的變壓器線路電氣原理接線簡圖見圖1。變壓器線路配置了電流保護和瓦斯保護，保護出口均為變壓器高壓側（35 kV側）斷路器。變壓器線路發生故障時，保護裝置通過跳開變壓器高壓側斷路器切除故障。

圖1 變壓器支路電氣原理接線

變壓器高壓側裝設的電流保護裝置為南瑞公司生產型號為PCS-9611的微機式保護繼電器。該繼電器從變壓器高壓側電流互感器采集電流信號，線路發生短路故障時，如果采集到的短路電流值超過繼電器設定的整定值且超過設定的延時，該繼電器將向變壓器高壓側斷路器發送跳閘命令，跳開斷路器，防止事故擴大[1]。

變壓器本體裝設了一只型號為QJ4-50的氣體繼電器用于該變壓器的瓦斯保護。氣體繼電器安裝在變壓器與儲油柜的連接管路上，在變壓器內部故障使油分解產生氣體或造成油流沖動時，使氣體繼電器的接點動作，并通過跳開變壓器高壓側斷路器以切除變壓器，避免事故進一步擴大[2]。

3 事故過程

2021年6月06日18：36：47，變壓器高壓側斷路器跳閘。經現場檢查動作記錄，為瓦斯保護動作導致的高壓側斷路器跳閘?，F場調取了電流保護繼電器PCS-9611中的電流波形（圖2），發現故障發生時變壓器高壓側電流明顯升高并持續一段時間（該線路額定電流為37.5 A，而此次故障發生期間，最高電流為365.9 A），但電流保護并未動作。2021年6月16日現場對變壓器進行吊芯檢查，發現該變壓器的B相繞組線包出現破損（圖3）,B相低壓銅繞組部分熔毀。

圖3 變壓器繞組損壞圖片

4 原因分析

該變壓器高壓側配置了電流保護（電量保護）和瓦斯保護（非電量保護），變壓器低壓側未配置保護裝置。由于此6.3 kV配電線路較為簡陋且維護較差，容易發生接地和相間短路。正常情況下，變壓器6.3 kV低壓線路如果發生短路時，應電流速斷保護跳閘來第一時間切除故障。只有當速斷保護拒動時，才會引發瓦斯保護動作。而本次瓦斯動作前，過流速斷保護并未動作。

現場查驗電流保護繼電器PCS-9611中保護定值，發現電流速斷保護定值為375 A。本次故障記錄的最高故障電流為365.9 A，沒有達到電流速斷保護的定值，因此電流速斷保護沒有動作。

經過上述分析，判斷此次故障是由于變壓器低壓側支路發生了短路，但由于最高故障電流沒有達到電流速斷保護的定值375 A，速斷保護沒有動作，進而導致短路電流一直存在。變壓器B相繞組匝間絕緣在短路電流的持續作用下損壞，然后B相繞組匝間短路并發生電弧，使變壓器油分解產生的強烈氣體或油流涌動沖擊氣體繼電器QJ4-50的擋板，氣體繼電器QJ4-50的接點動作，跳開變壓器高壓側斷路器[3]。

5 處理方案

基于上述分析，確定解決方案為重新設定合理的電流保護整定值。該變壓器低壓側出線未配置保護裝置，因此變壓器的電流保護應將變壓器和線路當做一個整體來進行保護。根據DL/T 584-2017《3~110 kV電網繼電保護裝置運行整定規程》7.2.11.4款規定，本線路為終端線路，可采用三段式電流保護[4，5]。整定計算過程如下：

（1）電流速斷保護整定

電流速斷保護定值應按躲過本線路末端最大三相短路電流整定。

式中：

Kk－可靠系數，根據DL/T584規定，取Kk=1.3；

I(3)Dmax－本線路末端故障最大三相短路電流數值，根據短路計算報告I(3)Dmax=187 A；

帶入計算得電流速斷保護定值IopI=243.1 A，延時設置為0 s。

（2）延時電流速斷保護整定

由于線路末端無保護裝置，因此延時電流速斷保護按本線路末端故障有靈敏度整定。

式中：

I(2)Dmin－本線路末端故障最小兩相短路電流，根據短路計算得I(2)Dmin=161.9 A；

Ksen－靈敏度，根據DL/T 584規定，取Ksen=1.5。

帶入計算得延時電流速斷保護定值IopII=107.9 A，延時設置為0.3 s 。

（3）過電流保護整定

過電流保護按躲過本線路的最大負荷電流整定。

IopIII=Kk/（Kf×Ilmax）

式中：

Kk－可靠系數，根據DL/T584規定，取Kk=1.2；

Kf－返回系數，根據DL/T584規定，取Kf=0.95；

Ilmax－本線路最大負荷電流，為45 A。

帶入計算得過電流保護定值IopIII=35.6 A，延時為0.8 s。

6 處理結果

現場委托當地變壓器廠對損壞的變壓器繞組進行了修復，并將上述電流保護整定值輸入了變壓器高壓側保護繼電器PCS-9611，變壓器和線路成功投運。

2021年8月25日，變壓器低壓側6.3 kV線路再一次發生短路故障，變壓器35 kV高壓側斷路器成功跳閘。經過現場檢查，電流速斷保護成功動作。電流保護繼電器PCS-9611的故障錄波電流信號如圖4所示，發生故障時最大短路電流361 A，故障發生后由電流保護繼電器PCS-9611的速斷電流保護功能在51 ms內成功將變壓器高壓側斷路器跳開，氣體繼電器未動作?，F場對變壓器進行了絕緣檢測，檢測結果正常。線路短路故障排除后，再次送電，變壓器運行正常。

圖4 電流保護整定后故障錄波電流信號

7 結語

電流保護是變壓器和線路保護的重要保護功能，對變壓器和線路的安全運行起著關鍵作用。本文對卡季林水電站變壓器-線路瓦斯保護動作事件進行了全面的分析，找到了此次瓦斯保護動作的原因，并提出了合理的解決方案，對卡季林水電站變壓器-線路后續的安全、可靠運行提供了保障。