500 kV主变压器重瓦斯保护二次回路改进
2015-04-18陈星霖宋传盼
陈星霖，宋传盼
(深圳供电局有限公司，广东 深圳 518000)
0 引言
主变压器重瓦斯保护装置反映变压器绕组匝间短路或内部绝缘放电故障，是变压器的主保护之一。近年来，电力系统时常发生主变重瓦斯保护误动而引起的变压器跳闸事故，严重影响电力系统的可靠运行，对此必须采取措施严加防范。
1 主变重瓦斯保护误动原因及防误动措施
1.1 重瓦斯保护原理
当变压器油箱内发生较严重故障时，产生大量瓦斯，变压器油将以较高速度经连接变压器油箱和瓦斯继电器的油管冲向油枕。达到一定速度的油流冲击重瓦斯继电器，瞬时接通跳闸回路，切断与变压器连接的所有电源，从而起到保护变压器的作用。
1.2 主变重瓦斯保护误动原因及后果
重瓦斯保护装置抵抗外界干扰的性能较差，易发生误动作。变压器发生近区区外故障时，穿越性短路电流很大，绕组温度上升很快，使油的体积膨胀，油隙间的油流速度加快。当油隙内和绕组外侧产生的压差变化较大时，重瓦斯保护可能误动。
某500 kV变电站4台主变均为日本三菱公司生产的500 kV壳式变压器，型号为三菱SUB，瓦斯继电器型号为FUKUDA TOKYO J-4100，整定流速为1 m/s。该站因带负荷拉刀闸而引发三相短路，220 kV母差保护动作切除5 M和6 M所有开关并失压。由于穿越性短路电流很大，运行在220 kV 1 M和2 M的1，2号主变因本体抗区外故障能力差，重瓦斯保护误动作，造成220 kV 1 M和2 M失压，导致4个220 kV变电站和13个110 kV变电站失压的大面积停电事故。
1.3 防止主变重瓦斯保护误动措施
该型号的主变在运行中已相继发生多起因外部短路引起的主变重瓦斯误动作事故，造成比较严重的后果。根据三菱公司的计算结果：当发生区外故障时，若主变重瓦斯动作值设定为1 m/s，当本体中压侧故障电流达到9 kA时，重瓦斯保护可能误动作。由于500 kV母线及出线近区故障的主保护和后备保护的动作时间在1 s以内，因此可考虑采取主变重瓦斯保护增加1 s延时跳闸的措施(见图1)，从而保证发生区外故障时，避免主变重瓦斯保护误动。
图1 重瓦斯保护延时1 s动作
采取“延时保护”策略，虽可能扩大变压器匝间短路故障范围及严重程度，但从变压器故障后修复考虑，与传统保护方式下故障主变的修复工作量、复电时间及成本投入等相比，并未明显增加。1 s延时可躲过区外故障时主保护和后备保护的动作时间。这意味发生区外故障时，可有效避免该型主变重瓦斯保护误动作。
据此，电网公司为防止区外故障引起三菱500 kV主变重瓦斯保护误跳闸造成大面积停电事故，提出以下反事故措施。
(1) 当变电站存在2台及2台以上500 kV三菱主变运行时，要优先采取运行方式调整措施，减少分段运行的母线单元上三菱主变台数。
(2) 在未事先限制负荷的前提下，如无法采用运行方式调整措施，或经过方式调整后，单个分段运行的母线单元(与其他母线无电气联结)上仍存在2台及2台以上三菱主变运行的情况时，应采取部分主变重瓦斯保护增加1 s延时跳闸的措施。
(3) 如当前不具备加保护延时条件的，应采取将部分主变重瓦斯保护由投跳闸改投信号的措施。
2 主变重瓦斯保护延时改进方案
某500 kV变电站4台主变均为日本三菱生产的500 kV壳式变压器，存在着发生区外故障导致主变重瓦斯保护动作风险。根据电网公司要求，该站决定实施主变重瓦斯保护增加1 s延时跳闸的反事故措施。
2.1 4号主变重瓦斯保护延时改进方案
该500 kV变电站4号主变非电量保护采用南瑞继保变压器非电量及辅助保护。从4号主变本体来的分相重瓦斯信号经重动继电器(不经延时，动作后直接出口)，重动后直接启动装置的跳闸继电器。该保护装置通过整定相关定值，即可实现重瓦斯继电器增加1 s动作延时功能。
从图2可知，原4号主变非电量保护存在非电量延时跳闸开入端子可用。改造方案为：将4号主变重瓦斯跳闸开入改接至非电量4延时跳闸，即将原本体重瓦斯分相起动回路009，011，013分别改接至8FD24，8FD25，8FD26端子；同时将4号主变非电量保护装置定值中“非电量4跳闸时限”整定为1 s，“投非电量4延时”控制字整定为“1”，将重瓦斯跳闸的信号回路也改接至相应重动继电器遥信端子。改造后，本体重瓦斯开入经过延时出口接点起动跳闸继电器。
图2 原4号主变重瓦斯保护跳闸逻辑
2.2 1，2，3号主变重瓦斯保护延时改进方案
该500 kV变电站1，2，3号主变非电量保护采用国电南自变压器非电量及辅助保护。经现场核查及国电南自公司技术人员确认，上述非电量保护装置无法通过硬件、软件升级的方式实现重瓦斯保护延时跳闸，因此采用在重瓦斯跳闸回路中串接外加延时继电器的方案。由于1，2，3号主变压器保护配置相同，本文以2号主变为例，具体介绍2号主变重瓦斯保护延时改进方案。
2.2.1 原重瓦斯保护跳闸逻辑
来自主变本体的重瓦斯继电器接点进入2号主变保护屏(C)中的非电量端子4X-42，4X-43，4X-44后，启动非电量重动继电器K 1，K 2，K 3。三相非电量重动继电器的接点并联后，通过压板2XB直接启动保护装置的跳闸出口继电器跳闸，如图3所示。
图3 原2号主变原重瓦斯保护跳闸逻辑
2.2.2 延时改进方案1
在图3的基础上，增加时间继电器SJ，延时接点经2XB压板过中间跳闸出口继电器(见图4)。
图4 改进方案1
2.2.3 延时改进方案2
在改进方案1的基础上，将SJ延时接点的正电源改为与SJ继电器正电源端并联(见图5)。
图5 改进方案2
2.2.4 延时改进方案3
为防止时间继电器可能因生锈、卡涩等原因导致延时接点不能闭合，在改造方案2的基础上，将时间继电器的2对延时接点并联(见图6)，以降低重瓦斯保护拒动的风险。
图6 改进方案3
2.2.5 3种方案比较
综合比较，方案3最优。但考虑现场环境、配线难度以及时间继电器选择难易等因素，决定实施改进方案2。3种改进方案的比较如表1所示。
表1 3种改进方案的比较
3 风险控制措施
3.1 时间继电器的选择
选用性能稳定可靠的时间继电器：型号为ETR4-70B-A，额定电压为DC 110 V,可选时间为1 s～100 h，有2对延时接点。一对延时接点用于启动重瓦斯跳闸，另一对延时接点用于启动录波。
3.2 控制措施
3.2.1 时间继电器拒动的风险
日常运维工作中加强对时间继电器的巡视；根据反措要求，加强对时间继电器的动作电压、动作功率和动作时间的测试，接点接触可靠性的检查；通过录波器监视时间继电器的动作行为。
3.2.2 失灵保护未正确隔离误跳运行设备的风险
编制二次回路施工安全措施单，明确隔离变中失灵启动、变高开关失灵联跳运行开关回路，退出相应的压板，并用绝缘胶布封好压板两端及对应回路端子排。
3.2.3 回路拆接不规范的风险
按二次回路施工要求，做好拆接线记录；严格按回路改进施工图施工；接线紧固，仔细进行回路动作试验，确保动作逻辑正确。
4 延时改进验收
4.1 综自后台报文验收
分别短接A相，B相，C相本体重瓦斯接点，综自后台分别收到“2号主变本体重瓦斯动作”SOE动作报文。
以A相重瓦斯动作为例，经1 049 ms延时跳开5022开关，经1 062 ms延时跳开5023开关，经1 074 m s延时跳开2号主变变中2202开关，经1 077 ms延时跳开2号主变变低302开关，符合重瓦斯保护经1 s延时动作跳闸要求。
4.2 故障录波验收
分别短接A相，B相，C相本体重瓦斯接点。以A相重瓦斯动作为例，录波器录到“本体重瓦斯动作”变位，并经1 045 ms延时跳开5022开关，经1 060 m s延时跳开5023开关，经1 072 m s延时跳开2号主变变中2202开关，符合本次本体重瓦斯保护经1 s延时动作跳闸要求。
5 结束语
本文实施的加延时跳闸措施，是针对区外故障易发生误动作的待定主变。该500 kV主变重瓦斯保护经1 s延时跳闸改进后，降低了区外故障引起重瓦斯保护误动的风险，提高了主变运行的可靠性。
