一起变压器差动保护动作分析 孙斌

发表时间:2019/11/11   来源:《基层建设》2019年第23期   作者:孙斌
[导读] 摘要:变压器是变电站设备的主要组成部分,变压器的差动保护也是变电站的主保护。
        国网山西省电力公司运城供电公司  山西运城  044000
        摘要:变压器是变电站设备的主要组成部分,变压器的差动保护也是变电站的主保护。本文通过一次110 k V变电站1号主变压器差动保护动作发现和处理过程,分析了差动保护的动作原因并制定了详细的防范措施。可为类似事故的处理和预防起到借鉴作用,从而进一步保证电力设备的安全稳定运行,保障电力系统的供电可靠性。
        1变压器差动保护原理
        变压器差动保护主要用来保护双绕组或三绕组变压器绕组内部及其引出线上发生的各种相间短路故障,同时也可以用来保护变压器单相匝间短路故障。变压器差动保护是利用比较变压器各侧电流差值构成的一种保护。变压器差动保护是变压器本体内部、套管和引出线故障的主保护,它反应变压器绕组和引出线的相间短路,中性点直接接地侧的单相接地短路及绕组匝间短路。差动保护动作时应瞬时断开各侧的断路器。对于双绕组变压器两侧的电流互感器,若其同极性端均置于靠近母线一侧,则两侧电流互感器的二次端子同极相连(同极性端位于不同侧,则必须将两侧电流互感器不同极性的二次端子相连接),差动继电器并接在差回路中。变压器在正常运行或外部故障时,两侧的二次电流大小相等,方向相反,在差动继电器中电流等于零,因此差动保护不动作。
        2  事故变电站概况
        2017年01月31日21时21分,某地区供电公司110kV变电站主变低压侧套管相间短路放电,造成主变差动保护动作,主变三侧开关跳闸,造成两座35kV变电站及六条10kV出线失压。该站有4 0 MVA三相油浸自冷式变压器一台(SSZ9 -40000/110),主变三侧均为单母接线方式。事故发生前,主变110kV侧01开关接#1母运行;35kV侧31开关送35kV#3母线,3 5k V两回出线接#3 母线运行;10k V侧51 开关送10kV#5母线,10kV六回出线及所变接#5母线运行。
        3  故障经过
        2017年01月31日21时21分,该变电站#1主变WBH-812A/R1变压器保护装置比率差动保护动作出口,主变三侧开关跳闸。35kV#3母线及两条出线失压;10kV#5母线、所变及六条出线失压。
        4  故障排查及处理情况
        4.1现场情况检查
        运行人员接到通知后,立即赶往该变电站检查,主控室内警铃喇叭响,控制屏“差动保护动作”光字牌亮,1号主变三侧断路器绿灯闪光,1号主变三侧负荷指示为零。主变WBH-812A/R1变压器保护装置“跳闸”红灯亮,动作报文如下:
        2017-01-31 21:21:20 525ms启动
        1比率差动保护 24ms—>
        报告量值:
        1 A相差动电流 1.134A
        2 B相差动电流 1.137A
        3 C相差动电流 0.007A
        4 A相制动电流 1.167A
        5 B相制动电流 1.061A
        6 C相制动电流 0.111A
        7 第1侧A相电流 1.167∠000A
        8 第1侧B相电流 1.061∠181A
        9 第1侧C相电流 1.111∠163A
        现场检查1号主变110kV侧01开关、35kV侧31开关、10kV侧52 开关确在断开位置,对站内一次设备仔细排查后发现:1号主变10kV套管A、B相软连接处均有放电灼伤痕迹,主变上部10kV套管处有一具黄鼠狼尸体,1号主变本体、调压油位正常、瓦斯继电器内部正常,引线上无漂浮物悬挂。01、31开关、CT 及机构箱无异常情况、51开关柜内无异常情况。其他一次设备、瓷质部分无损伤、放电现象和放电痕迹。初步判断为黄鼠狼爬上1号主变,造成1号主变10kV套管A、B相相间短路放电,引起主变差动保护动作出口跳闸。
        4.2应急处理措施
        对3 5k V侧损失负荷进行计算后,县调分别于21 时3 5分、21时42分成功将失压的两座35kV变电站负荷转移。运行人员到达变电站后,立即合上事故照明电源,检查蓄电池运行状况,确保能够提供可靠的事故照明、保护装置、开关分合及控制的直流操作电源;合理分配人员检查现场一、二次设备,查找故障点,随后将现场详细检查情况及初步判断故障原因汇报调度及相关部门。由运行人员断开10kV各出线开关,使用相应电压等级的绝缘令克清理现场小动物尸体,并申请将1号主变及三侧开关转检修。


        3.3隔离故障点
        依据调度令将1号主变及三侧开关转检修,主要倒闸操作步骤如下:推上主变中性点017接地刀闸→检查01、31、51开关确在断开位置→拉开012、011刀闸→拉开311、312刀闸→将5 1 开关小车拉至试验位置→在1 号主变三侧验电接地→在0 1、3 1 开关两侧验电接地→退出1 号主变跳其他开关保护压板。最后做好相关安全措施待检修班组进行检修及试验。
        4.4检修试验
        修试班对1号主变本体进行了绝缘电阻、直流电阻、介损测试等,各项测试结果均正常。差动保护接线、整定值无误,二次回路检查正常,初步判断1号主变本体无异常;高试班对1号主变进行了绕组变形试验,主变高、中压侧绕组波形正常,低压侧绕组有轻微变形,但不影响继续使用。
        4.5恢复送电
        检修试验结束后,运行人员与调度及监控班配合,于2016年2月1日00时32分,对1号主变进行试送,试送成功后依次恢复站用电及10kV各出线供电,35kV侧恢复正常运行方式。恢复送电后,运行人员对全站设备再次进行了全面的检查,包括继电保护装置状态,监控后台机系统,各开关位置状态,母线电压及负荷情况,确保站内设备均正常运行。
        5  保护动作分析
        三绕组变压器差动保护范围为主变三侧开关CT 以内,主要用来保护主变本体及其三侧进出线上发生的各种相间短路故障。从该变电站事故的保护动作行为、故障现象、试验结果三方面来看,本次事故为小动物造成的1号主变10kV侧套管AB相软连接处相间短路,为主变差动保护区内故障,故障电流大于整定值0.5A,保护正确动作。
        6  防范及改进措施
        为了防范此类事故的发生,在以后的运行工作中,要切实做好冬季“四防”工作,重点做好防止小动物的措施。同时,针对此次事故,我们提出了以下三种防范改进措施:
        (1)对母线排和主变套管间的软连接处使用橡胶绝缘护套进行包扎。软连接处为镀锡铜编织线压制而成,具有良好的导电性和延展性,用于降低母线连接处的发热损耗,防止套管因母线排热涨冷缩而受力。但由于软连接导电性好、距离近且无绝缘处理,很容易因小动物攀爬造成短路,因此,为其装设绝缘护套能有效防范此类事故发生。
        (2)将软连接处水平移位排列。可采取不同的排列方式将A、B、C三相的软连接错开一定距离,这样能够有效降低小动物同时接触两相导电处的几率,避免相间短路。
        (3)使用带电注涂绝缘层机器人对软连接处进行绝缘喷涂。使用本公司科研项目组自行研发的一款新型实用带电作业机器人,能够实现设备不停电条件下清扫、注涂绝缘材料的功能。其工作原理为:通过无人机或施工人员手持绝缘棒挂至工作位置,随后清扫刷、涂料注头,紫外灯罩闭合,通过地面控制系统调节机器人清洁、移动、注涂、固化等作业,通过各部件协调配合,实现特定厚度的绝缘层自动注涂作业。
        对上述三种改进措施进行比较:
        (1)橡胶绝缘护套:
        优点:工艺简单,成本低,经济性好。缺点:需停电,易老化,后期需维护更换。
        (2)软连接错位排列:
        优点:从根源上消除隐患,防范同类事故发生,无后期维护成本。
        缺点:需停电,更换设备耗时耗力,无成熟设备,需设计部门与基建施工单位协调,在设备安装初期预订。
        (3)机器人注涂绝缘层:
        优点:可带电进行,不受环境约束,改造效率高,大大节省了人力物力。缺点:产品未推广,成本较高。
        根据对改进措施特点的对比,提出了三种实施方案:
        (1)根据不同电压等级母线排软连接规格,订制不同的橡胶绝缘护套,在主变短时间停电检修时,装设橡胶绝缘护套。
        (2)新建变电站或设备改造时,联系设计部门与基建施工单位,更换主变三侧母线排,改变软连接的排列方式。
        (3)购买一定数量的带电注涂绝缘材料机器人,配合巡视维护周期,制定设备绝缘化改造计划,对各变电站裸露的软连接做绝缘处理。
        结语
        变压器是电力系统中重要的电力设备之一,变压器发生故障将对电力系统的安全稳定运行及供电可靠性造成极大的影响,做好变压器的事故处理及日常运行维护工作尤为重要。本案例从变电运维的角度出发,总结了一起变压器差动保护动作跳闸事故的处理过程,并针对此类事故提出了防范措施。
        参考文献:
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        [3]梁远鹏.浅析某110kV变电站变压器差动保护动作成因[J].轻工科技,2012,08:48-49.
        [4]李倩,张强.110kV变压器差动保护装置及误动原因分析[J].机电信息,2012,30:54-55.
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