一起油流继电器重瓦斯误动事故分析

2022-09-01郑荣锋陆晓彬徐清鹏

四川电力技术 2022年4期

邱炜，郑荣锋，黄鑫，刘君，陆晓彬，胡林，徐清鹏

(国网四川省电力公司成都供电公司，四川成都 610041)

0 引言

电力系统常常因负荷变化导致电网电压波动，为缓解电网压力，有载分接开关需频繁切换而极易发生故障，影响变电站的安全运行[1]。油流继电器是变压器调压系统中的重要组成部分，其内部有轻瓦斯保护和重瓦斯保护接点，运行中的有载分接开关油流继电器通常只要求保留两组重瓦斯保护接点。当有载分接开关内部存在缺陷时，容易在调压过程中产生剧烈电弧，并生成大量气体。气体随着油流朝着油枕方向涌动，作用在有载油流继电器的下挡板。当油速达到油流继电器动作整定值时，重瓦斯保护动作，电力变压器三侧断路器跳闸[2-3]。

据相关数据分析，电力变压器事故中有40%以上为有载分接开关发生故障导致，因此统计并分析由有载分接开关故障导致电力变压器误动以及故障的典型事故具有十分重要的工程意义和现场需求[2,4]。下面基于一起由220 kV等级电力变压器有载分接开关的油流继电器重瓦斯保护误动引起的变压器三侧断路器跳闸的案例，结合现场检查、油化试验、高压试验、保护及故障录波等情况，对事故经过、误动原因进行了分析总结，并提出了具有现场指导性的建议以及预防控制措施。

1 事故过程及处理

2020年6月10日，220 kV某变电站发生有载油流继电器重瓦斯保护误动事故。事故发生前接线方式220 kV、110 kV均为双母接线，10 kV为单母分段接线，共两台变压器。故障前220 kV、110 kV分段断路器均在合位，10 kV分段断路器在分位，两台变压器处于并列运行状态。

该变电站2号主变压器由保定天威保变电气股份有限公司生产，产品型号为SSZ-240000/220，2009年出厂。有载调压开关为瑞典ABB公司生产，型号为UCLRN650/900/Ⅲ，额定电流为700 A，2009年出厂。有载油流继电器为EMB公司生产，型号为URF 25/10,整定流速为3.0 m/s，2009年出厂。

2020年6月10日6:55:10.894时，该变电站2号主变压器非电量保护装置启动，17 ms后有载重瓦斯保护动作，27 ms后主变压器三侧202、102、902断路器跳闸，10 kV备自投正确动作合上912断路器带10 kV II母负荷。故障发生时变压器运行工况良好，有载调压开关未进行调挡操作。

事故发生后现场检查发现：有载调压开关在1挡位置；油流继电器内集有瓦斯气体(如图1所示)；重瓦斯保护挡板并未动作(一旦挡板动作，必须手动复归)；油流继电器芯子内干簧管接线桩积有游离碳(如图2所示)，干簧管密封良好无破损。现场试验：有载调压开关油室绝缘油耐压试验合格；变压器直流电阻、分接开关切换波形、开关过渡电阻合格；但两组重瓦斯保护接点绝缘电阻为0.3 MΩ，偏低。保护及故障录波结果显示，有载重瓦斯保护动作持续时间约40 s，随后重瓦斯保护及故障录波信号返回；现场检查二次回路接线正确，二次重瓦斯回路绝缘及保护出口试验等结果正确。非电量保护动作期间及保护动作时刻，无2号变压器差动及后备保护启动或异常报告。

图1 瓦斯内部存在大量气体

图2 干簧管接线处游离碳

该有载调压开关总调挡次数7336次，2019年12月停电检修时变压器直流电阻、有载分接开关切换波形均无异常，油流继电器接点绝缘电阻无异常，检修时对有载调压开关的切换油室进行了换油处理。近几个月调挡次数分别为6月6次，5月8次，4月12次，3月4次，最近一次调挡时间为6月9日23时，由2挡调至1挡运行。

综合现场保护动作信息分析情况，当即决定将2号变压器有载重瓦斯保护接信号、有载压力释放信号接跳闸，调试合格后将该变压器定挡投入运行，15：40送电成功。

2 油流继电器结构与基本原理

油流继电器主要由接线盒与引线口、法兰连接、试验与复位探针、玻璃观察窗以及继电器本体组成，其中：玻璃观察窗可直接观察继电器内部集气情况和继电器各功能元件状态；试验与复位探针用于检修人员对继电器进行动作测试，同时在继电器动作后进行复位(重瓦斯挡板动作后，不能自动复位，需人工手动复位)；继电器引出两组出线，并接入二次保护系统[5-6]。油流继电器内部结构如图3所示。

图3 油流继电器内部结构

油流继电器的基本原理是：当有载分接开关由于故障产生强烈气体造成向油枕方向的高速油流，并且油流速度超过限定数值(整定值为3.0 m/s)时，有载油流继电器将通过挡板与恒磁磁铁的联动，使玻璃干簧管内触点闭合，启动跳闸信号[7-8]。

3 事故原因分析

变压器跳闸前无调挡动作，运行工况良好，故障后变压器本体及附件未见异常；变压器绕组直流电阻、有载分接开关切换波形、变压器过渡电阻等试验均无异常，变压器本体油色谱数据正常(见表1)：基本排除变压器本体故障可能。同时，油流继电器挡板未动作，说明油流速度未超过整定值，有载调压开关切换芯子油室油耐压合格，也可排除有载调压开关内部故障可能。

表1 变压器本体油色谱试验结果

故障后检查油流继电器干簧管端部接线部位有游离碳，重瓦斯接点绝缘电阻低。该240 MVA变压器配备的是瑞典ABB公司原装、额定电流为700 A的有载调压机构(而目前240 MVA变压器一般装配额定电流1000 A、串联双断口、4个过渡电阻的有载调压机构)，其切换电流裕度较小，有载切换过程中电弧在油中燃烧产生的大量游离碳在涌流作用下进入油流继电器，附着于干簧管正负电引出线端部，长期累积形成放电小桥，造成绝缘降低甚至击穿。

有载保护配备的是EMB公司原装油流继电器，该产品采用早期设计，干簧管端部附近两引线的绝缘仅靠引线表面一层绝缘管包裹隔离。所述事故中，干簧管端部受到接点两侧正负电压的影响(直流电压220 V)，较容易吸附有载切换过程中产生的游离碳，且游离碳会根据正负电荷产生的电场方向，较有规律地排列形成放电小桥。随着运行时间地增加，干簧管端部两引线间逐渐布满游离碳。

同时，该油流继电器早期产品端部引线的绝缘极易破损，绝缘破损后极易通过游离碳导通，从而导致了瓦斯保护的误动。因此EMB公司在后期新产品中做了改进，如图4所示。新产品在干簧管端部引线间采用绝缘材料包裹后，在内部浇注环氧树脂，增强了端部绝缘强度。即使有载切换中累计产碳量较大，并且在干簧管附近堆积，也不会导致接点两侧的引线导通。

图4 改进型干簧管

此外，油流继电器与油枕间连接管设计不当，该连接管采用“L”型90°折弯钢管，折弯处内径减小，造成切换过程中产生的瓦斯气体无法通畅进入油枕，集聚在油流继电器上部，将干簧管暴露于瓦斯气体中。当干簧管端部放电小桥积碳中混杂的液态有载油在重力作用下断断续续滴落，进一步降低放电小桥电阻，最终形成近似短路的放电通道导致击穿。

变压器停电后完成油流继电器更换，将拆下的油流继电器进行绝缘电阻测试，一组接点绝缘电阻为0(节点13-14)；另一组接点绝缘电阻为大于1000 MΩ(节点23-24)。将干簧管端部游离碳擦拭干净后，两组接点绝缘电阻均大于1000 MΩ。试验结果见表2。