交流串入直流造成500 kV主變壓器無故障跳閘的分析及改進(jìn)措施

胡晶晶，曾 麗

(1.四川省電力公司超(特)高壓公司，四川 成都 610041;2.德陽電業(yè)局，四川 德陽 618000)

某500 kV變電站是四川地區(qū)的重要樞紐站，其中500 kV為3/2接線，220 kV為雙母雙分段不帶旁路接線方式。保護(hù)和測控采用的是小室設(shè)計，500 kV有兩個小室即51小室和52小室，220 kV一個小室，主變壓器和35 kV一個小室。

1 事故經(jīng)過

2009年12月25日，500 kV某變電站1號主變壓器5021、5022、201開關(guān)跳閘，其中1號主變壓器中壓側(cè)操作箱“跳閘位置”、“1跳閘啟動”、“保護(hù)1跳閘”信號燈亮;5021開關(guān)保護(hù)屏第一組“TA”、”TB”、“TC”燈亮;5022開關(guān)保護(hù)屏第一組“TA”、”TB”燈亮，5022開關(guān)A、B相跳閘，開關(guān)本體三相不一致動作跳開C相。

2010年1月7日1號主變壓器5021、201開關(guān)再次跳閘。其中1號主變壓器中壓側(cè)操作箱“跳閘位置”、“1跳閘啟動”、“保護(hù)1跳閘”信號燈亮;5021開關(guān)保護(hù)屏第一組“TA”、”TB”、“TC”燈亮。

兩次事故檢查后均發(fā)現(xiàn)一次系統(tǒng)無故障，一次設(shè)備無異常，故障錄波圖表明電流、電壓正常。但是在這兩次事故時都有外單位人員在進(jìn)行2號主變壓器擴(kuò)容施工。

2 檢查分析

事故后對監(jiān)控的SOE和絕緣監(jiān)測儀的事件列表進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)跳閘發(fā)生時后臺均收到大量干擾信號，特別是第一次與第二次跳閘時500 kV二母地刀均有多次開入變位報文，且發(fā)現(xiàn)各開入量變位有明顯的周期性。而絕緣監(jiān)測儀在每次事故時均發(fā)出“直流接地”信號，由此重點(diǎn)懷疑事故是由交流混入直流回路引發(fā)的。

2.1 現(xiàn)場試驗及檢查情況

2.1.1 相關(guān)回路絕緣檢查

對5021、5022、201和301開關(guān)跳閘回路及相關(guān)信號回路進(jìn)行了絕緣測試。測試點(diǎn)主要是芯線之間的相對絕緣及對地絕緣，從數(shù)據(jù)上反映結(jié)果正常，二次電纜對地絕緣良好，不存在由于絕緣不好造成的交直流混用現(xiàn)象。

2.1.2 現(xiàn)場情況模擬

由于二次回路絕緣檢查正常，而當(dāng)時又有人員在現(xiàn)場工作，交流侵入點(diǎn)是不易確定的，而2號主變壓器施工人員此時的工作作為了重點(diǎn)懷疑對象。

第一次跳閘時雖然懷疑是交流混入直流造成的，但一直未找到交流侵入點(diǎn)。發(fā)生第二次跳閘后，決定按照當(dāng)時的運(yùn)行情況，對2號主變壓器施工人員在事故發(fā)生時的工作進(jìn)行了實(shí)際模擬，即:把1號主變壓器各側(cè)開關(guān)合上(隔離開關(guān)不合)，由當(dāng)時運(yùn)行值班人員和2號主變壓器施工人員一起按照當(dāng)時的工作內(nèi)容、工作流程和方式進(jìn)行模擬操作，當(dāng)2號主變壓器施工人員對2號主變壓器擴(kuò)建工程中的一把35 kV隔離開關(guān)進(jìn)行就地合、分操作試驗時，1號主變壓器5021、5022、201開關(guān)再次重現(xiàn)三相跳閘，干擾信號及操作箱信號燈與前兩次異常跳閘基本一致。

進(jìn)一步檢查該隔離開關(guān)操作機(jī)構(gòu)接線，將操作機(jī)構(gòu)箱直流信號電纜解開，在隔離開關(guān)操作同時用萬用表監(jiān)視該電纜的交流電位，發(fā)現(xiàn)該隔離開關(guān)在進(jìn)行分閘操作時其直流信號芯線(隔離開關(guān)合位信號)出現(xiàn)200 V左右的交流電位。通過對該隔離開關(guān)操作機(jī)構(gòu)箱接線的核實(shí)，發(fā)現(xiàn)存在明顯的圖實(shí)不符:隔離開關(guān)直流合位信號芯線(編號805)接在端子號為機(jī)構(gòu)箱X1∶2，與隔離開關(guān)交流操作回路迂回，在就地手動分閘時就會造成交流竄入直流回路。

2.2 出口繼電器及分布電容參數(shù)測試

對1號主變壓器跳閘回路中所有跳閘電纜的分布電容和CZX－11R和PST－1200操作箱中TJR的動作電壓、動作電流和功率進(jìn)行了測試。

2.2.1 出口繼電器參數(shù)的測試

測試了跳閘的5021、5022、201和未跳閘的301的TJR及本體重瓦斯開關(guān)操作箱出口小繼電器動作電壓和動作電流，測試未跳閘開關(guān)301和重瓦斯跳閘繼電器的目的是為了便于分析比較，其試驗測量數(shù)據(jù)見表1。

由表1可見，5021、5022、201和301跳閘繼電器動作功率都很低;而瓦斯跳閘繼電器則達(dá)到了3 W，雖然不滿足反措要求的大于5 W，但在本次事故中未動作也充分說明了動作功率大小的重要性。

表1 出口繼電器動過電壓、電流和功率測試

2.2.2 分布電容測試

測試了5021、5022、201和301開關(guān)跳閘回路的分布電容。試驗數(shù)據(jù)如表2。

表2 跳閘回路分布電容測試

由表2可見，所有跳閘開關(guān)的跳閘回路分布電容均較大，而未跳閘的301開關(guān)的跳閘回路分布電容較小，其影響分布電容大小的原因如下。①1號主變壓器柜跳5021、5022開關(guān)的控制回路長約180 m左右，從主變壓器保護(hù)室到51小室，跨越距離遠(yuǎn)，因此5021、5022開關(guān)操作箱跳閘回路分布電容較大;②1號主變壓器柜跳201開關(guān)的控制回路長約110 m左右，從主變壓器保護(hù)室到220 kV小室，跨越距離遠(yuǎn)，因此201開關(guān)操作箱跳閘回路分布電容也較大;③1號主變壓器柜跳301開關(guān)的控制電纜由于只在主變壓器小室內(nèi)，其跨越距離很近，所以其分布電容很小。

2.3 跳閘原理及原因分析

2.3.1 跳閘原理分析

當(dāng)站內(nèi)絕緣良好時直流回路一般不會受到影響。但是當(dāng)交流量進(jìn)入直流回路中時，在直流回路中基本不起作用的分布電容和雜散電容就會形成回路能夠讓交流量流過(如圖1)，當(dāng)電容值足夠大，儲存的能量足夠多時，就會使繼電器K抖動，嚴(yán)重時使相應(yīng)開關(guān)跳閘。

圖1 跳閘等效原理圖

2.3.2 跳閘原因分析

事故的主要原因是交流竄入了直流，由于分布電容的影響造成出口繼電器動作跳閘。從SOE和直流監(jiān)控機(jī)上的信號來分析，故障前存在交流混入直流電源回路的情況。當(dāng)交流量竄入直流回路時，若無對地分布電容的影響，一般情況下只會引起直流瞬間接地而無嚴(yán)重后果，但當(dāng)跳閘回路分布電容較大時，會對操作箱的出口小繼電器產(chǎn)生影響，達(dá)到一定數(shù)值就會引起跳閘。本次跳閘事故均說明了上述論斷，即所有跳閘回路分布電容大的開關(guān)均跳閘，所有跳閘回路分布電容小的均未跳閘。

事故另一個重要因素是操作箱出口繼電器動作功率低。本體重瓦斯電纜也較長，但是由于動作功率達(dá)到了3 W，同樣的電壓施加在上，沒有達(dá)到其出口動作功率而未造成主變壓器三側(cè)開關(guān)跳閘。

綜上所述，這兩次跳閘的主要原因是交流竄入了直流，由于分布電容的影響，出口繼電器感受到的電壓超過其動作值，造成開關(guān)無故障跳閘情況的發(fā)生;并且由于兩次交流入侵點(diǎn)的不同而造成了兩次所跳開關(guān)也不一樣。

3 危險點(diǎn)分析和防范措施

3.1 危險點(diǎn)分析

由于該類事件的隨機(jī)性較強(qiáng)，涉及全站幾乎所有的交直流二次系統(tǒng)，對造成的后果往往分析判斷難度較大，因此對常見危險點(diǎn)應(yīng)有相應(yīng)的認(rèn)識:①屏頂小母線上既有交流又有直流，在上面工作時或小動物引起小母線短路時，很可能造成交直流回路串接;②主變壓器風(fēng)冷箱。變壓器風(fēng)冷箱內(nèi)既有直流又有交流，且接線較為復(fù)雜，接線錯誤或工作過程中的誤接線、誤碰和設(shè)計等諸多因素均可能造成交流竄入直流;③開關(guān)和隔離開關(guān)機(jī)構(gòu)箱。交流電源包括電氣五防、隔離開關(guān)電源、儲能電源、照明等。直流包括操作電源、信號回路等。工作過程中的誤接線、誤碰和設(shè)計錯誤都可能造成交流竄入直流;④控制電纜。反措雖然明確規(guī)定了交流與直流不能共用一根電纜，但是由于對此造成的危害認(rèn)識不夠，目前設(shè)計上仍然存在交流與直流共用一根電纜的情況。

3.2 防范措施

1)提高開關(guān)操作箱的出口繼電器的動作功率，更換5021、5022和201開關(guān)操作箱的TJR繼電器所在操作板。變壓器瓦斯啟動中間繼電器已有反措要求必須大于5 W［1－5］，但線路等跳閘回路并無此標(biāo)準(zhǔn)，因此可以參考主變壓器瓦斯啟動中間繼電器的反措要求，將其他重要且電纜較長的跳閘回路出口繼電器啟動功率提高到2.5 W以上。

2)合理規(guī)范二次電纜的路徑。二次電纜敷設(shè)盡可能離開高壓母線、避雷器和避雷針的接地點(diǎn)、并聯(lián)電容器、電容式電壓互感器、結(jié)合電容及電容式套管等設(shè)備，避免和減少迂回，縮短二次電纜的長度。

3)在不影響保護(hù)性能的前提下可以增加某些可能引起誤動的關(guān)鍵開入量的動作時間降低靈敏度，使其動作時間大于20 ms［6］，這種方法可以有效地躲過工頻交流量竄入時帶來的干擾，但會部分犧牲保護(hù)的動作速度(此項要求國網(wǎng)QGDW175－2008變壓器高壓并聯(lián)電抗器和母線保護(hù)及輔助裝置標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計規(guī)范中4.2.1的f項有要求，不經(jīng)判據(jù)的跳閘應(yīng)有10～35 ms的延時)。

［1］王梅義.電網(wǎng)繼電保護(hù)應(yīng)用［M］.北京:中國電力出版社，1999.

［2］朱聲石.高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)原理與應(yīng)用［M］.北京:中國電力出版社，2005.

［3］國家電力調(diào)度通信中心.繼電保護(hù)培訓(xùn)教材［M］.北京:中國電力出版社，2009.

［4］江蘇省電力公司.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理與實(shí)用技術(shù)［M］.北京:中國電力出版社，2006.

［5］國家電力調(diào)度通信中心.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)實(shí)用技術(shù)問答(第二版)［M］.北京:中國電力出版社，2000.

［6］國家電力調(diào)度通信中心.變壓器高壓并聯(lián)電抗器和母線保護(hù)及輔助裝置標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計規(guī)范［M］.北京:中國電力出版社，2008.