防止大穿越电流引起瓦斯保护误动的解决方案

晋龙兴，谷斌，王世祥，肖硕霜

（深圳供电局有限公司，广东　深圳　518000）



防止大穿越电流引起瓦斯保护误动的解决方案

晋龙兴，谷斌，王世祥，肖硕霜

（深圳供电局有限公司，广东深圳518000）

〔摘 要〕分析了大穿越电流引起瓦斯保护误动的机理，提出了5种防止瓦斯保护误动的解决方案并分析了各方案的优缺点；结合其中2种方案，以增加电气量闭锁逻辑为主，增加1s延时为后备，构成了一种完善的瓦斯保护主后备解决方案；最后，针对现有增加瓦斯保护延时的解决方案，提出了4点运维建议，以有效预控该方案存在的风险。

〔关键词〕大穿越电流；瓦斯保护；误动；电气量闭锁

0　引言

瓦斯保护是变压器的主保护，其优点是能够反映变压器的所有内部故障且灵敏度高；缺点是导致其误动的因素较多，如大穿越电流、励磁涌流等，其中大穿越电流导致瓦斯保护误动的问题尚未有完善的解决方案。

2010-05-06，某供电局某500kV变电站2号主变重瓦斯保护误动作。2014-04-11，另一供电局某500kV变电站由于区外短路故障，造成1，2，3号主变重瓦斯保护误动作，引起4个220kV变电站、13个110kV变电站失压。因此，研究防止大穿越电流引起瓦斯保护误动的解决方案，对于预防大面积停电事故具有重要意义。

1　大穿越电流引起瓦斯保护误动的机理分析

1.1瓦斯保护动作原理

以双浮子瓦斯继电器为例，电量故障时瓦斯保护的动作原理如图1所示。当主变内部发生轻微故障时，绕组局部过热分解变压器油产生少量烃类气体，气体聚集到瓦斯继电器顶部使得上浮子F1下移，轻瓦斯信号接点S1接通发报警信号。当主变内部发生严重故障时，短路电流分解变压器油产生大量烃类气体，形成高温高压的油流冲击挡板，使下浮子F2下移，重瓦斯接点S2接通出口跳闸。

图1　瓦斯保护动作原理

1.2大穿越电流下绕组的受力分析

根据减极性原则可知，当主变流过大穿越电流时，主变内侧和外侧绕组流过的电流方向相反，如图2所示。

图2　大穿越电流下内外侧绕组电流方向

以俯视角度观察变压器的内侧绕组和外侧绕组，其电流方向如图3所示。其中，Ik1为内侧绕组电流，Ik2为外侧绕组电流。

图3　俯视角度下内外侧绕组电流方向

根据左手定则分析大穿越电流与轴向漏磁之间的相互作用，变压器内外侧绕组的受力情况如图4所示。其中，Bz为轴向漏磁磁感应强度，×表示的方向为垂直纸面向内。由图4可知，在轴向漏磁的作用下，内侧绕组受到向内的辐向挤压力，外侧绕组受到向外的辐向拉伸力，其大小均为Fh。

图4　轴向漏磁下内外侧绕组的受力情况

同理，分析大穿越电流与辐向漏磁之间的相互作用，变压器内外侧绕组的受力情况如图5所示。其中，●表示的方向为垂直纸面向外，Bh1-Bh4为辐向漏磁磁感应强度。在辐向漏磁作用下，内外侧绕组均受到轴向的挤压力。

图5　辐向漏磁下内外侧绕组的受力情况

1.3大穿越电流引起重瓦斯保护误动分析

大穿越电流引起油流突变加速是导致重瓦斯保护误动的主要原因，具体分析如下。

大穿越电流与轴向漏磁的相互作用，使得内侧绕组受挤压变形严重，产生很多“空隙”；大穿越电流与辐向漏磁的相互作用，使得绕组线饼与线饼之间、线饼与垫块之间以及垫块与垫块之间受到轴向挤压力，从而导致绕组线饼也出现“空隙”。变压器油迅速进入这些空隙，使得空隙内油的压力显著高于绕组外侧油的压力，进而促使主变油流速度突然大幅度提升。突变的高速油流冲击瓦斯继电器挡板，导致重瓦斯保护误动。

此外，由于大穿越电流为交流电流，绕组受力将发生周期性变化，这也可能引起主变振动，进而导致重瓦斯保护误动。

2　大穿越电流引起瓦斯保护误动的解决方案

2.1调整系统运行方式

根据日本三菱公司的分析计算结果可知，当500kV主变重瓦斯保护动作值设定为1.0 m/s，中压侧故障电流达到9 kA，或主变重瓦斯保护动作值设定为1.5 m/s，中压侧故障电流达到13 kA时，重瓦斯保护可能误动作。因此，通过调整运行方式，使得当主变附近发生区外故障时流过主变的穿越短路电流小于9 kA或13 kA，则可有效防止重瓦斯保护误动。

2.2提高油流继电器整定值

通过适当提高重瓦斯保护油流速度整定值，可防止主变附近区外故障重瓦斯保护误动。但此方案降低了保护的灵敏度。

2.3提高主变生产工艺

由大穿越电流引起主变瓦斯误动的机理可知，绕组受短路电流电磁力作用产生形变是引起油流突变加速的主要原因。因此，可通过提高变压器生产工艺，增强绕组内部的绝缘水平、力学特性和机械稳定性，使大穿越短路电流流过绕组时，绕组形变极小，不足以引起油流突变加速。

2.4增加瓦斯继电器动作延时

当主变区外设备发生短路故障时，故障设备的主保护将瞬时动作切除故障。若增加重瓦斯继电器动作延时，且该延时能够可靠躲过区外故障切除时间和瓦斯继电器的返回时间，则可防止瓦斯保护误动。根据南方电网公司反措规定，该重瓦斯继电器的延时整定为1s。现场可根据非电量保护配置情况，采用相应的方法加以改进。

2.5增加电气量闭锁逻辑

主变差动电流保护也是主变内部故障的主保护。差动电流保护的灵敏性低于瓦斯保护，但其选择性明显优于瓦斯保护，能可靠辨别区内故障和区外故障。因此，可利用差动电流保护良好的选择性，闭锁近区外故障瓦斯保护误动。

由于工频变化量差动保护能灵敏反应2％匝短路的轻微匝间故障，因此，可先以工频变化量不启动作为故障点在区外的判别条件；再以发生短路故障时，高压侧电流Ih大于中压侧和低压侧母线上所有线路末端的最小短路电流Ih set作为故障点在主变附近的判别条件。若这2个条件同时满足，则发生近区外故障，闭锁瓦斯保护。

为进一步提高瓦斯保护的可靠性，克服工频变化量差动保护对匝间短路灵敏性不足，对铁芯过热烧伤、油面降低等无法反映的缺点，以增加电气量闭锁的瓦斯保护作为主保护，以增加1s延时方案为后备保护，2者按“或”逻辑出口跳闸，如图6所示。

上述5种解决方案的对比分析如表1所示。

3　500kV主变运维的合理化建议

随着主变运行时间的增加，其各方面性能也在缓慢下降。每次大穿越电流冲击主变时，主变绕组的形变及对其绝缘造成的损伤也将逐渐累加。当绕组形变和绝缘损伤积累到一定程度时，不仅可能导致瓦斯保护误动，也容易诱发主变内部故障。

表1　5种解决方案的对比分析

由于增加1s延时的解决方案能够在风险可控的情况下最快实行，故绝大部分500kV主变瓦斯保护改造均采用此方案。而当主变内部匝间发生轻微故障时，重瓦斯保护延时动作，存在加剧损伤主变内部绕组绝缘的风险。预控该风险的关键是及时发现主变内部轻微故障。为此，对各专业班组分别给出如下合理化建议：

（1）对于继保班组，记录主变近区外短路的详细信息，重点加强对重瓦斯延时继电器的状态巡视和检验；

（2）对于检修班组，根据短路电流信息分析主变受冲击电流影响的情况；

（3）对于运行班组，值班中加强对轻瓦斯动作信号的监视，巡视中加强红外测温和油位监视；

（4）对于试验班组，在主变近区外短路后，适当增加绕组变形试验、直阻测量试验或油样分析的次数。

通过以上4个方面的运维措施，可有效预控该风险。

参考文献：

1 李璐，陈正鸣，邝石，等.气体继电器误动作分析及处理［J］.高压电器，2009，5（6）：145-147.

2 檀英辉，姚文军，李佩军，等.500kV变压器瓦斯保护误动分析及整改［J］.高压电器，2012，48（3）：117-122.

3 钟天翔，金树军.500kV变压器瓦斯继电器误动作原因分析［J］.高压电器，2011，47（5）：79-82.

4 张金荣，刘孝旭.一起变压器重瓦斯动作分析及防范措施［J］.变压器，2012，49（7）：59-61.

5 曾贤.主变压器重瓦斯保护动作原因分析及处理［J］.电力安全技术，2007，9（6）：24-25.

收稿日期：2015-09-08。

作者简介：

晋龙兴（1987-），男，助理工程师，主要从事电力系统继电保护工作，email：jinlongxing_0832@foxmail.com。

谷斌（1985-），男，工程师，主要从事电力系统继电保护方面的工作。

王世祥（1970-），男，教授级高级工程师，主要从事电力系统继电保护试验工作。

肖硕霜（1988-），女，助理工程师，主要从事电力系统继电保护工作。