几起非电量保护异常引起设备跳闸／闭锁的案例分析

帅 勇，刘 赟

（1.国网湖南省电力公司常德供电分公司，湖南常德 415000；2.国网湖南省电力公司电力科学研究院，长沙 410007）

主变压器作为电网的核心设备，在运行过程中出现跳闸将导致负荷损失，给国民生产带来较大影响。以往主变压器运维管理对的电气绝缘性能较为重视，但对主变的非电量装置的运维管理重视不够，导致近年来出现了多起由于非电量保护误动造成的主变跳闸事件。本文通过对近年来几起典型主变压器、平波电抗器、换流变压器设备跳闸情况进行分析，提出防止主变非电量异常引起保护误动的防范措施，旨在为主变压器的运维管理提供参考经验。

1 冷控器全停回路异常引起主变跳闸

1.1 事件情况

2014年1月2日，某330 k V变电站1号非电量保护“风冷全停延时跳闸”启动，1 h后，跳主变三侧。现场检查发现，变压器运行正常、主变三侧断路器运行正常，仅发现风冷控制箱内欠压继电器KV1、KV2均处于动作状态。

检查发现，1号主变测控装置三侧断路器分闸灯亮，1号主变非电量保护屏“1号主变冷控失电”信号灯、跳闸信号灯点亮。但检查变电站综合自动化系统后台和调度监控中心主站端发现，均无“1号主变冷控失电”告警信息。

1.2 原因分析

针对现场和综自系统检查情况，结合风冷全停非电量保护原理及二次回路结构进行分析。其冷却器全停起动保护原理图如图1所示。

冷却器全停起动动作原理：欠压继电器KV1、KV2分别接于风冷1号电源、2号电源的进线上。当进线电压降低到启动值以后，欠压继电器KV1、KV2励磁，或四组风扇接触器全部失磁后接触器触点KM1、KM2、KM3、KM4全部接通，这两种情况均可使冷却器全停瞬动报警起动回路中的交流继电器K11励磁，使得冷却器全停瞬时报警触点回路中的常开节点K11闭合，开入至相应的非电量保护装置。当达到动作时限（1 h）后出口跳闸。

图1 冷却器全停起动保护原理图

风冷全停非电量保护动作原因分析：冷却系统全停事件前调度为调节系统电压投入该站电抗器造成35 k V电压降低，在此期间加上接入该站的风电出力变化扰动，导致所用电压过低，KV1、KV2励磁启动风冷全停保护回路。当风电扰动消失，所用电压有所恢复，但未达到KV1、KV2继电器动作返回值，造成风冷全停保护一直动作，而非电量保护装置内冷控失电延时跳闸继电器J1的信号接点在继电器动作后未接通，造成冷控失电延时跳闸信号未上送。监控中心未接收到风冷全停告警信号，错失通知运行人员现场检查退出该保护机会，保护到时限后主变跳闸。

1.3 防范措施

针对本事件提出以下技术措施，供隐患排查治理：

（1）结合检修对欠压继电器KV1、KV2进行校验，对不满足检验规程要求的继电器进行更换。

（2）对强油循环风冷变压器的风冷全停非电量保护装置的信号，结合季节检查进行定期试验，包括冷却器全停启动和失电启动，确保信号回路工作正常，消除存在的隐患。

2 瓦斯继电器振动引起换流变压器闭锁

2.1 事件情况

某国产变压器厂供货的多个换流站平波电抗器本体瓦斯继电器在2010年2月、2011年7月、2013年7月相继发生了动作，导致单极闭锁。现场对平波电抗器及瓦斯继电器进行现场外观检查、油样分析、电气试验，结果均合格，平波电抗器无异常，认为闭锁事件由瓦斯继电器误动作引起。

2.2 原因分析

事件发生后对全国使用油浸式平波电抗器的16座在运直流换流站进行了排查，并与供货厂家进行了分析。初步认为Asea Brown Boveri公司（以下简称ABB公司）、西安西电变压器有限责任公司（以下简称西变公司）采用瓦斯继电器与本体软连接的方式，本体与瓦斯继电器之间的振动通过软连接进行隔离，受本体振动的影响最小（见图2和图3）。

图2 西变公司平抗瓦斯继电器安装图

图3 ABB公司平抗瓦斯继电器安装图

西门子变压器有限公司采用两端固定在本体上的方式，与本体振动基本一致（见图4）。

发生误动作的厂家的平抗瓦斯继电器与油枕采用波纹管连接，与油箱采用管道硬连接，形成悬梁臂结构（相当于一端悬空）（见图5），放大了振动，在平抗经受暂态大电流时，绕组收缩和箱体的轻微变形会引起油向油枕方向涌动，两者共同作用导致重瓦斯动作。

在事件发生后，这些厂家对误动的平抗进行三维模拟仿真，施加7.2 k A电流（持续时间为60 ms）时，平波电抗器本体箱盖的振动加速度最大为4G m／s2，瓦斯继电器最大加速度约达到9G m／s2，超过配置的瓦斯继电器可承受的最大允许振动加速度（2G m／s2，2～200 Hz），计算结果表明可能导致瓦斯继电器误动。另一方面，这些厂家的平抗瓦斯继电器动作流速整定值为1.5 m／s，整定值较小易发生误动。

图4 西门子公司平抗瓦斯继电器安装图

图5 发生误动作的厂家的平抗瓦斯继电器安装图

2.3 防范措施

（1）采取加固措施。采取在紧靠瓦斯继电器油路处安装抱箍，将管路与平抗本体外壳作刚性连接。

（2）调整瓦斯继电器定值。根据厂家核算结果，结合停电检修将瓦斯继电器流速定值由1.5 m／s调整至2.5 m／s。

（3）充分借鉴ABB公司和西变公司经验，研究将瓦斯继电器与本体采用软连接的方式，对拟改接的方式应考虑施加重力载荷及短路力载荷，仿真分析在这两种载荷共同作用下的结构的响应情况。

4 重瓦斯保护未就地复位引起主变跳闸

4.1 事件简介

2013年11月4日，运行人员巡视发现某220 k V变电站2号主变调压开关油室油位过低，报检修后计划于11月6日对调压开关油室进行了带电补油操作。11月6日14时52分，运行人员将调压开关重瓦斯跳闸改投为信号，15点36分，补油操作完成。期间，监控信息显示，在补油过程中的14点58分，调压开关瓦斯继电器发出了重瓦斯动作信号。监控告知了变电运维值班负责人，得到了情况属实，正在进行补油操作的回复。

11月7日15点28分，调压开关重瓦斯跳闸改为发信达到24小时，运行向调度申请将调压开关重瓦斯发信恢复为跳闸。15点30分，操作人员投入压板前检查了2号主变保护A屏，发现WBH-801微机变压器保护装置“信号”灯亮，按下复位按钮后复归，检查本屏所有保护装置无异常后，投入调压重瓦斯压板时2号主变三侧断路器跳闸。

4.2 原因分析

由于现场主变检查外观无异常，考虑到运行人员操作过保护装置的复位功能，对保护装置进行了详细的检查。检查＃2主变保护A屏屏后调压重瓦斯保护动作开入信号带正电。表明＃2主变保护出口后该信号一直保持。按WBH-801装置复归按钮，可复归WBH-801电量保护装置液晶屏弹出报文，但不能复归WBH-802非电量保护装置“信号”、“跳闸”灯。

结合SOE及故障录播原因分析主变跳闸是由于运行人员在该信号未复归的情况下，投入压板导致主变因调压重瓦斯而出口跳闸。而导致信号未复归的初步判断是由于瓦斯继电器在油流冲动下具有自保持功能，调压瓦斯继电器实物如图6所示。为此特利用瓦斯继电器校验平台，进行了试验验证。

图6 具有自保持结构的瓦斯继电器

试验采用的调压开关瓦斯继电器上端部位设置了两个试验按钮，分别为脱扣和复位。被试品是长征电器一厂1986年生产的QJ2-25型产品，整定油速为1.4 m／s。工作人员将瓦斯继电器固定到校验平台上，当油速达到1.145 m／s时重瓦斯动作。试验完成后，将瓦斯继电器从校验平台上取下，用万用表测量重瓦斯发信的输出接点，在没有油流的情况下，仍处于导通状态。按下复位按钮后，输出接点处于开路状态。试验证明，这类调压开关瓦斯继电器，当重瓦斯动作后，具有自保持功能。

4.3 防范措施

结合本案例的原因和反映出来的问题，提出以下技术防范措施：

（1）考虑现有的微机保护装置的可靠性较传统的继电保护可靠性高，且出口传动均有录波及相关信息记录，所以可以考虑更换需要人工就地复位的瓦斯继电器更换为具有自恢复功能的瓦斯继电器。

（2）对变压器本体及调压开关进行补油操作后，应检查瓦斯继电器的动作信号，必要时由检修人员处理。

（3）调度人员在下达投退压板的指令前，应对相应设备和保护装置的状态进行再确认，加强与现场操作人员的沟通。

5 瓦斯继电器浮球进油起换流变压器闭锁

5.1 事件简介

2010年12月9日，鹅城站极I换流变Y／D A相有载分接开关油流继电器误动，极I闭锁。2011年3月13日和3月22日，宝鸡换流站极I换流变C相本体重瓦斯误动，极I闭锁。

5.2 原因分析

初步检查原因为EMB公司生产的瓦斯继电器内浮球存在质量问题，两个半球熔接时压接不紧且两个半球熔接处太薄，检测过程中没有发现熔接处的微小缝隙。运行中变压器油逐渐渗入浮球内，浮球下沉造成瓦斯继电器跳闸接点接通，重瓦斯保护误动。

为了更好的提出分析原因并制定防范措施，对浮球的加工流程介绍如下：浮球制造前，EMB公司采购采用特殊尼龙材料制造的两个半球。将两个半球卡入熔接机内，半球顶部突起用于定位半球在熔接机内的位置。

半球固定装置移动至温度为430℃的铁板表面上，半球与铁板不直接接触，利用铁板温度将半球边缘熔化，要求熔接介质由原有工艺中的铝材变更为铁材。两个半球边缘熔化后，上半球固定装置下移，与下半球进行压接，熔接后形成整个浮球。

5.3 防范措施

（1）根据分析的原因要求浮球制造按以下措施改进：一是两个半球熔接后边缘连接处厚度由小于1 mm增加至2 mm及以上；二是熔接介质由铝材变更为铁材，以便更好的保持熔接时的温度；三是熔接时间由43 s增加至53 s。上述改进促使半球熔接更加紧密。

（2）根据分析的原因要求浮球检测按以下措施改进：一是卡尺测量浮球边缘厚度小于2 mm时列为不合格产品；二是在真空容器中注油后在压力容器中经过不注油加压－1.0 bar持续5 h；注油加压－1.0 bar持续3 h；注油加压3.0 bar持续15 h；注油加压5.0 bar持续22 h共计4个阶段的检测后，将浮球取出后在灯光下检测是否渗油，便于浮球内气体的渗出和油的渗入，提前发现问题。

（3）对目前在运的相同批次的产品应尽快在检修中组织进行更换。另外对新工艺产品应加强安装前可以按照厂家出厂检测标准进行质量抽检。

6 总结

变压器的运维管理，除了重要的绝缘性能监测与检测外，对于平时关注较少的非电量也应该加强运维管理与技术管理，本论文通过国网公司近几年的典型案例的分析，有利于提供非电量运维治理的思路与措施，其中重点加强可能引起系统跳闸或闭锁的冷却器全停和重瓦斯保护非电量通道的反措管理。

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