一起变压器过激磁保护误动作事故分析

连 杰，周云安

（安康水力发电厂，陕西 安康 725000）

2009-03-28凌晨，某水力发电厂完成3号机组大修工作，在进行大修后的开机试验过程中，发生一起运行中变压器过激磁保护动作跳闸的事故。事故造成该水电厂全厂厂用电源消失及电厂所在地区部分停电。

1 事故经过

2009-03-27，3号机组大修工作全部结束后，进行了3号机组自动开停机流程检查试验、交流励磁机相关特性试验和发电机相关特性试验，而后准备进行发电机-变压器组递升加压、定相试验。递升加压试验的方法是把全厂330 kV运行元件全部倒至330 kV Ⅱ母线运行，然后由3号发电机-变压器组带330 kV Ⅰ母线(空母线)零起升压。电气一次主接线如图1所示。

28日00:25，运行值班人员将330 kV Ⅰ母线上除母联断路器3300DL外，包括联络变5B在内的其他所有电气元件倒至330 kVⅡ母线运行。00:28:37，运行值班人员依令拉开330 kVⅠ，Ⅱ母联络开关3300DL。00:28:49，该电厂110 kV系统与330 kV系统之间的联络变压器5B的过激磁保护动作出口，联络变5B三侧断路器分闸，造成本地区110 kV系统与330 kV主网系统解列,本地区部分停电；还造成该电厂全部厂用电源消失，情势十分危急。运行值班人员立即启动“厂用电源消失事故预案”，迅速改变运行方式，恢复了厂用电系统，避免了事故进一步扩大。

2 现场检查情况

5B过激磁保护动作后，电气检修人员立即到现场检查处理。现场情况是：5B保护盘A柜、B柜的过激磁保护功能压板均投入，A柜、B柜后备保护出口跳闸灯亮，5B高压侧开关3305DL、中压侧开关1105DL、低压侧开关125DL已分闸；A柜、B柜保护故障报告均显示过激磁保护动作，330 kVⅡ母A相PT二次电压达到75.4 V(超过1.25倍额定电压)，运行中的330 kV Ⅱ母各元件保护均发出“PT断线”告警；在5B保护盘上测量330 kV Ⅱ母线PT二次电压依次为Ua=74V，Ub=27V，Uc=2.59V，3U0=104.9V。

现地检查发现330 kV GIS开关站母线PT柜，330 kVⅠ，Ⅱ母线PT二次侧小空开1ZKK，2ZKK投入；测量Ⅱ母PT二次侧空开2ZKK两侧电压全部正常(三相相电压58 V）；检查330 kV母线PT切换盘(9BP)330 kV母线二次电压时发现，330 kV Ⅱ母PT电压切换前是正常的，切换后电压不正常(检查继电器2ZJ接点前A，B，C三相电压均为58 V，2ZJ接点后A，B，C三相电压分别为Ua=75.4 V，Ub=27 V，Uc=2.59 V）；进一步检查发现，Ⅱ母PT隔刀2G的重动继电器2ZJ不励磁，继电器线圈开路(继电器型号为DZ-700，32-65-35-32，1988年10月阿城继电器厂生产)，继电器1ZJ、3ZJ正常。在换上一个新的2ZJ继电器后，330 kV Ⅱ母PT二次电压恢复正常，330 kVⅡ母元件保护“PT断线”信号全部复归。330 kV母线PT控制原理见图2。

3 原因分析

如图2所示，正常运行方式下，330 kVⅠ，Ⅱ母PT隔刀1G，2G均投入，因而重动继电器1ZJ，2ZJ动作，常开接点闭合；3ZJ不动作,常开接点断开。所以Ⅰ母二次电压送至A1，B1，C1；Ⅱ母二次电压送至A2，B2，C2。Ⅰ母上的所有运行元件通过自己的隔刀切换，其保护装置使用的330 kV母线电压为A1，B1，C1；Ⅱ母上的所有运行元件也通过自己的隔刀切换，其保护装置使用的330 kV母线电压为A2，B2，C2。为防止由于小空开1ZKK，2ZKK或继电器1ZJ，2ZJ的原因造成PT二次三相失压时各保护装置因PT电压断线闭锁装置无法动作，使阻抗性质的保护装置误动作，所以在330 kVⅠ，Ⅱ母二次电压回路A相的小空开和继电器常开触点两端并了一个4μF的电容，以使PT二次电压三相断线时通过A相的电容，保证各保护装置PT电压断线闭锁装置可靠动作。

3ZJ的作用是由于某种情况下继电器1ZJ或2ZJ未动作，其常闭接点闭合，而电气一次运行方式为330 kVⅠ，Ⅱ母联络运行时,母联隔刀G1，G2投入，母联断路器DL合闸，则继电器3ZJ动作，其常开接点闭合，330 kV母线电压A1，B1，C1分别与A2，B2，C2连通，Ⅰ，Ⅱ母上的所有运行元件的保护装置使用同一个母线二次电压。

3月28日00:25，运行值班人员将330 kVⅠ母线上的所有电气元件倒至330 kVⅡ母线运行，这时330 kVⅠ，Ⅱ母仍联络运行。由于继电器2ZJ线圈损坏、无法励磁，所以3ZJ动作，已倒至330 kVⅡ母线上运行的各电气设备的保护装置所用的母线二次电压A2，B2，C2通过3ZJ的接点与Ⅰ母PT二次电压A1，B1，C1相连。

00:28，运行值班人员拉开330 kVⅠ，Ⅱ母联络开关3300DL，这时330 kVⅠ母线与所有运行设备彻底分离，Ⅰ母PT的一、二次输出电压为0 V；同时母联开关分闸后，其辅助接点DL断开，使3ZJ返回，3ZJ常开接点断开。由于2ZJ常开接点一直处于断开状态，所以此时Ⅱ母PT的B，C相二次绕组与各保护装置电压负载断开，而A相二次绕组通过电容C2接通各保护装置A相电压负载。感性的保护装置电压负载与电容C2构成串联谐振，在负载绕组上产生了75.4 V的谐振电压。母线PT的二次负载通常是三相对称负载Za，Zb，Zc，而该电厂还有部分负载用的是线电压Uab(2～4号发电机失磁保护用330 kV母线电压Uab作为系统电压判据)。图3为2ZJ损坏后PT二次回路示意。从图3可以看出，Zab与Zb串联后再与Za并联，所以B相负载Zb上的电压Ub与A，B相间负载Zab上的电压Uab之和等于Ua。这就是现场测试Ua为74 V、Ub还有27

V、而Uc几乎为0 V的原因。

变压器过激磁保护是防止大型变压器因为电压升高或频率降低而工作在饱和磁密段，使变压器励磁电流增大、内部发热严重而导致变压器损坏的装置。过激磁保护整定方法是整定过激磁倍数N，其定义为：

其中：B，Be—实际磁通量和额定磁通量；

Ue，fe—额定电压、频率；

U*，f*—电压、频率标幺值；

过激磁保护在变压器轻微过激磁时发告警信号，在严重过激磁时按反时限跳闸。

5B过激磁保护反时限定值实际整定值为：N为1.2倍时，动作时间40 s；N为1.25倍时，动作时间10 s；N为1.3倍时，动作时间5 s。

在这次事故中，A相谐振电压U超过额定电压1.25倍，频率f变化不大，则变压器过激磁倍数N约为1.25倍。过激磁保护从启动到出口跳闸共12 s，可见其动作逻辑正确。

4 暴露问题

4.1 技术方面

老式晶体管型和整流型距离保护的PT断线闭锁装置对PT三相断线(三相空开全跳开)无法正确判断,所以要求空开一相接点并电容,在三相空开全跳开时通过电容偶合电压,使PT断线闭锁装置正确动作而不至引起距离保护误动。现在的微机保护PT断线闭锁由程序判断,判据非常完善,任何相别的PT断线都可正确判断,所以不再需要并联电容。近年来，该厂330 kV系统所有设备的保护装置已全部更换成微机保护，但330 kV PT盘未更换，没有对PT二次侧空开和继电器接点所并的电容继续存在的合理性进行认真分析，忽视了公共设备老回路对新设备的不良影响。

4.2 管理方面

由于330 kV母线停电机会很少，未能对330 kV母线PT回路按相应定检周期制定定检计划，实施定检工作。运行近20年，一直没有对330 kV母线PT切换盘(1～3)ZJ继电器进行检验，致使继电器2ZJ损坏未及时发现。另外，有关人员应加强学习反措要求、熟悉反措内容，对不满足反措要求的地方，必须及时提出来并进行修改，不留隐患。

4.3 运行方面

PT二次电压回路公用的切换继电器、重动继电器是对全厂安全运行比较重要的二次设备，运行人员一定要加强对这些设备的巡视和操作监视，特别是在倒闸操作的时候。

5 防范措施

(1) 对公用设备、停电机会少的设备制定合理的检验周期和定检计划，杜绝出现检验死区。

(2) 加强设备监视和巡回检查，密切注意公用继电器的动作情况。

(3) 330 kV任一元件倒闸操作时，先将5B过激磁保护跳闸出口回路退出，待整个倒闸操作全部完成，检查正常后，再将5B过激磁保护投入。

(4) 建议立即拆除330 kV母线PT二次空开A相接点所并联的电容。

(5) 将330 kV PT电压切换盘进行更换，选用可靠的整体电压切换装置。

(6) 加强检修人员技术培训，提高他们的技术素质和责任心，严格执行继电保护定期检验制度。加强反措学习、熟悉反措内容，对不满足反措要求的地方，及时提出并进行整改。

6 结束语

自1999年陕西系统变压器配置过激磁保护以来,发生了多起由于变电站操作不正确以及PT电压二次回路异常造成的过激磁保护不正确动作,使330 kV主网变压器跳闸,给电网的安全稳定运行带来很大影响。而到目前为止,陕西电力系统尚未发生过由于系统过电压造成的变压器过激磁而损坏的事例,根据陕西系统变压器过激磁保护的运行情况,2006-07-04陕西省电力公司曾召开“变压器过激磁保护研讨会”。经与会人员讨论分析，认为应将陕西电网所有330 kV降压变压器过激磁保护暂投信号，不投跳闸，并以文件的形式向各下属单位下发了会议纪要，但因某种原因该文件未下达至该电厂。上述事故发生后，经请示省公司有关部门同意，该厂重新制定了相关设备的检修计划，并于2009-04-01下发了《关于重新调整5号主变过激磁保护运行方式及全厂二次回路检查整改的通知》，要求过激磁保护由投跳闸出口改投发信号，拆除330 kV母线PT二次回路空开接点上的并联电容，同时对全厂所有PT二次空开、熔断器、切换继电器及电压二次回路进行全面检查。