500kV主变压器重瓦斯保护误动分析及防范措施

广东电网有限责任公司佛山供电局 陈 卓

500kV主变压器重瓦斯保护误动分析及防范措施

广东电网有限责任公司佛山供电局 陈 卓

本文通过发生在广东佛山500kV沧江站的两起主变压器重瓦斯保护误动的案例，分析了重瓦斯保护的原理、保护误动原因、解决措施及相关风险，最后通过实例验证了主变压器重瓦斯保护延时跳闸的有效性。

主变压器；重瓦斯保护；误动；延时跳闸

引言

主变压器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。近年来电网时常发生主变压器区外故障引起主变压器本体重瓦斯保护误动跳闸故障, 严重影响电网和变压器的运行可靠性。

1.事件发生经过

以第一起事件为例分析保护动作情况。事件发生前,主变压器三侧开关均在合位，220kV某线路在运行状态。事件发生时，雷雨天气，220kV某线路遭受雷击发生短路故障，线路开关跳闸，300毫秒后，#3主变压器非电量保护装置发“A相重瓦斯跳闸”命令，#3主变压器三侧开关跳开。在#3主变压器转检修后，对其开展了一、二次设备检查和试验，包括设备外观检查、瓦斯继电器取气、绕组变形测试、直流电阻试验、油色谱分析试验以及重瓦斯二次回路绝缘测试试验等。检查和试验结果均正常，可以判断变压器本体内部无造成瓦斯继电器动作的短路放电现象。

2.主变压器瓦斯保护动作分析

瓦斯保护的气体继电器安装在变压器储油柜和油箱之间的管道上，当变压器内部故障时，油分解产生气体或造成油流涌动， 使气体继电器的接点动作，接通指定的控制回路，并及时发出信号报警（轻瓦斯）或启动保护元件自动切除变压器（重瓦斯）。图1为500kV变压器配备的气体继电器结构示意图。主变压器内部突发性事件使绝缘油向储油柜方向运动而冲击气体继电器挡板，挡板顺着油流方向移动，当绝缘油流速超过挡板动作值时，触发接点动作，引发开关跳闸；当油流消退后，挡板承受油流压力减弱，在磁铁吸引力作用下，挡板向复位，瓦斯动作信号复归。

图1 气体继电器结构示意图

第一起事件后，检查现场的故障录波图发现主变压器中压侧A 相流过的最大电流为20.61kA，第二起事件后，故障录波图显示主变压器中压侧A相流过的最大电流为18.78kA。结合一次设备、二次设备的检查试验情况以及气体继电器的结构及动作原理，初步判断是由于主变压器中压侧在线路故障时流过较大穿越性电流，使主变压器内部绕组由于大电流产生的电动力而发生振动，较大的振动使绝缘油以较快的速度经过气体继电器向储油柜流动，当油流速度达到重瓦斯保护定值（1.5m/s，80mm管径）后，重瓦斯保护动作跳开主变压器三侧开关。

3.主变压器瓦斯保护防误动措施

3.1 防误动措施的选择

如果主变压器重瓦斯保护气体继电器动作值足够大，能够避开区外故障时流过主变压器中压侧的穿越电流造成的油流涌动无疑可以避免此类误动作，但是采取此方案会遇到两个问题：一是定量分析穿越电流大小与主变压器油流速度的关系较为困难，无法确定一个合适的气体继电器动作值；二是如果单纯提高气体继电器动作值，有可能会降低主变压器瓦斯保护灵敏性，导致保护在主变压器内部故障发展到较为严重的程度时才会动作。

本文提出了另外一种思路，重瓦斯保护误动作首先是由于区外故障的短时大穿越电流产生了巨大电动力，巨大电动力又带动了主变压器的振动以及绝缘油的流动，当区外故障切除，电动力消失，主变压器振动也即消失。根据变压器厂家计算结果，即使考虑到区外故障开关失灵、失灵保护正确动作时，油流从涌动开始至速度衰减至1.5m/s 以下的最长持续时间为800ms。我们可以考虑采取重瓦斯保护延时跳闸的方法来避开区外故障时重瓦斯保护的误动作。考虑到油流衰减时间800ms、气体继电器复位的固有时间100ms以及保证动作可靠的时间系数，可以将重瓦斯保护延时跳闸时间设置为1s。

3.2 防误动措施的风险分析

重瓦斯保护采取延时跳闸可能会使主变压器在内部故障初期，故障较为轻微时重瓦斯保护无法迅速切除故障，导致主变压器内部损伤加剧。但是由于主变压器内部发生轻微故障时，一般都伴有或者在极短的时间（远小于1s）内发展为匝间短路或者接地，此时主变压器的电气量保护将迅速动作，保证主变压器故障正确、快速切除。由此可见采取延时跳闸策略，虽可能扩大变压器匝间短路故障范围及严重程度，但由于电气量保护的迅速动作，变压器故障后的修复与非延时保护方式下故障主变压器的修复工作量、复电时间及成本投入并未明显增加。

本文综合现代大电网可靠性要求、可能出现的风险、实际成本的变化等因素，认为主变压器重瓦斯保护采取延时1s跳闸是确实可行的。

4.主变压器重瓦斯保护延时改造方案

500kV沧江变电站#3主变压器非电量保护采用南瑞继保RCS-974G变压器非电量及辅助保护。从图2可知，#3主变压器本体汇控箱的分相重瓦斯信号经8FD27、8FD28、8FD29端子进入RCS-974G装置后，分别启动J5A、J5B、J5C继电器，由J5A、J5B、J5C继电器动作接通跳闸回路。

图2 #3主变本体重瓦斯保护逻辑图

如果需要增加延时跳闸功能则需要将#3主变压器非电量保护开入改接至非电量4延时跳闸，即将原本体重瓦斯分相起动回路009、011、013回路分别改接至8FD24，8FD25，8FD26 端子；同时将#3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RCS-974G相应遥信端子即可。改造后，即可实现本体重瓦斯延时1s跳闸。

5.改造成果

目前，500kV沧江站的主变压器本体重瓦斯保护已改造完成。改造完成后至今，发生过一次220kV线路故障时主变压器重瓦斯保护有保护动作开入的情况。故障发生时，线路A相接地故障，保护正确动作，45ms后切除故障，180ms后主变压器A相本体重瓦斯开入动作，流过#3主变压器变中A相穿越电流为19.63kA，80ms 后主变压器A相重瓦斯保护动作开入返回，由于未达到延时值设定1s，主变压器未跳闸。此实例证明主变压器重瓦斯保护延时跳闸确实能起到避免保护误动的作用。

6.结束语

500kV变电站往往是地区重要电源，主变压器又是变电站内输送电能的重要设备，主变压器保护的误动会严重影响到电网的安全运行，我们一定要杜绝这种情况的发生。本文通过发生在广东佛山500kV沧江站的两起主变压器重瓦斯保护误动的案例，分析了重瓦斯保护的原理、保护误动原因、解决措施及相关风险，最后通过实例验证了主变压器重瓦斯保护延时跳闸的有效性。改进后，确实能够有效避免主变压器区外故障重瓦斯保护误动作， 且其可能导致的故障扩大对主变修复的经济性成本及保护动作的速动性、选择性影响不大，确实提高了电网运行的可靠性。

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陈卓（1986-），男，工程师，工学学士，主要从事电力系统一次设备、二次设备运行、维护与研究工作。