某国外水电站变压器瓦斯保护动作分析和处理

杜瑞涛

（东方电气集团国际合作有限公司，四川 成都 610097）

1 引言

乌兹别克斯坦卡季林（Kadirin）水电站是东方电气在“一带一路”倡议下总包实施的一个典型水电站工程。该电站装机为2台7 670 kW的水轮发电机组，由发变组单元升压接线至35 kV开关站，并在35 kV开关站接入当地电网。35 kV开关站安装了1台2 500 kVA的油浸式降压变压器为电站周边农村供电。2019年6月6日，该变压器发生瓦斯跳闸事故。

2 变压器线路保护配置情况

发生瓦斯跳闸事故的变压器线路电气原理接线简图见图1。变压器线路配置了电流保护和瓦斯保护，保护出口均为变压器高压侧（35 kV侧）断路器。变压器线路发生故障时，保护装置通过跳开变压器高压侧断路器切除故障。

图1 变压器支路电气原理接线

变压器高压侧装设的电流保护装置为南瑞公司生产型号为PCS-9611的微机式保护继电器。该继电器从变压器高压侧电流互感器采集电流信号，线路发生短路故障时，如果采集到的短路电流值超过继电器设定的整定值且超过设定的延时，该继电器将向变压器高压侧断路器发送跳闸命令，跳开断路器，防止事故扩大[1]。

变压器本体装设了一只型号为QJ4-50的气体继电器用于该变压器的瓦斯保护。气体继电器安装在变压器与储油柜的连接管路上，在变压器内部故障使油分解产生气体或造成油流冲动时，使气体继电器的接点动作，并通过跳开变压器高压侧断路器以切除变压器，避免事故进一步扩大[2]。

3 事故过程

2021年6月06日18：36：47，变压器高压侧断路器跳闸。经现场检查动作记录，为瓦斯保护动作导致的高压侧断路器跳闸。现场调取了电流保护继电器PCS-9611中的电流波形（图2），发现故障发生时变压器高压侧电流明显升高并持续一段时间（该线路额定电流为37.5 A，而此次故障发生期间，最高电流为365.9 A），但电流保护并未动作。2021年6月16日现场对变压器进行吊芯检查，发现该变压器的B相绕组线包出现破损（图3）,B相低压铜绕组部分熔毁。

图3 变压器绕组损坏图片

4 原因分析

该变压器高压侧配置了电流保护（电量保护）和瓦斯保护（非电量保护），变压器低压侧未配置保护装置。由于此6.3 kV配电线路较为简陋且维护较差，容易发生接地和相间短路。正常情况下，变压器6.3 kV低压线路如果发生短路时，应电流速断保护跳闸来第一时间切除故障。只有当速断保护拒动时，才会引发瓦斯保护动作。而本次瓦斯动作前，过流速断保护并未动作。

现场查验电流保护继电器PCS-9611中保护定值，发现电流速断保护定值为375 A。本次故障记录的最高故障电流为365.9 A，没有达到电流速断保护的定值，因此电流速断保护没有动作。

经过上述分析，判断此次故障是由于变压器低压侧支路发生了短路，但由于最高故障电流没有达到电流速断保护的定值375 A，速断保护没有动作，进而导致短路电流一直存在。变压器B相绕组匝间绝缘在短路电流的持续作用下损坏，然后B相绕组匝间短路并发生电弧，使变压器油分解产生的强烈气体或油流涌动冲击气体继电器QJ4-50的挡板，气体继电器QJ4-50的接点动作，跳开变压器高压侧断路器[3]。

5 处理方案

基于上述分析，确定解决方案为重新设定合理的电流保护整定值。该变压器低压侧出线未配置保护装置，因此变压器的电流保护应将变压器和线路当做一个整体来进行保护。根据DL/T 584-2017《3~110 kV电网继电保护装置运行整定规程》7.2.11.4款规定，本线路为终端线路，可采用三段式电流保护[4，5]。整定计算过程如下：

（1）电流速断保护整定

电流速断保护定值应按躲过本线路末端最大三相短路电流整定。

式中：

Kk－可靠系数，根据DL/T584规定，取Kk=1.3；

I(3)Dmax－本线路末端故障最大三相短路电流数值，根据短路计算报告I(3)Dmax=187 A；

带入计算得电流速断保护定值IopI=243.1 A，延时设置为0 s。

（2）延时电流速断保护整定

由于线路末端无保护装置，因此延时电流速断保护按本线路末端故障有灵敏度整定。

式中：

I(2)Dmin－本线路末端故障最小两相短路电流，根据短路计算得I(2)Dmin=161.9 A；

Ksen－灵敏度，根据DL/T 584规定，取Ksen=1.5。

带入计算得延时电流速断保护定值IopII=107.9 A，延时设置为0.3 s 。

（3）过电流保护整定

过电流保护按躲过本线路的最大负荷电流整定。

IopIII=Kk/（Kf×Ilmax）

式中：

Kk－可靠系数，根据DL/T584规定，取Kk=1.2；

Kf－返回系数，根据DL/T584规定，取Kf=0.95；

Ilmax－本线路最大负荷电流，为45 A。

带入计算得过电流保护定值IopIII=35.6 A，延时为0.8 s。

6 处理结果

现场委托当地变压器厂对损坏的变压器绕组进行了修复，并将上述电流保护整定值输入了变压器高压侧保护继电器PCS-9611，变压器和线路成功投运。

2021年8月25日，变压器低压侧6.3 kV线路再一次发生短路故障，变压器35 kV高压侧断路器成功跳闸。经过现场检查，电流速断保护成功动作。电流保护继电器PCS-9611的故障录波电流信号如图4所示，发生故障时最大短路电流361 A，故障发生后由电流保护继电器PCS-9611的速断电流保护功能在51 ms内成功将变压器高压侧断路器跳开，气体继电器未动作。现场对变压器进行了绝缘检测，检测结果正常。线路短路故障排除后，再次送电，变压器运行正常。

图4 电流保护整定后故障录波电流信号

7 结语

电流保护是变压器和线路保护的重要保护功能，对变压器和线路的安全运行起着关键作用。本文对卡季林水电站变压器-线路瓦斯保护动作事件进行了全面的分析，找到了此次瓦斯保护动作的原因，并提出了合理的解决方案，对卡季林水电站变压器-线路后续的安全、可靠运行提供了保障。