換流變非電量保護(hù)誤動(dòng)分析及改進(jìn)措施

蔣久松，康文，張宏，劉國云

(國網(wǎng)湖南省電力公司檢修公司，湖南長沙410004)

國家電網(wǎng)公司所屬換流站內(nèi)變壓器、油浸式電抗器的非電量保護(hù)，其運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性直接關(guān)系到直流系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。2003—2010年間，在運(yùn)換流站由于瓦斯、油流、SF6密度或壓力等非電量保護(hù)誤動(dòng)累計(jì)導(dǎo)致9次直流閉鎖，僅2010年以來就導(dǎo)致6次直流閉鎖。實(shí)際上換流變本體都沒問題，而是油流繼電器等非電量保護(hù)及回路誤動(dòng)導(dǎo)致。

文中對鵝城換流站換流變油流繼電器動(dòng)作跳閘的保護(hù)動(dòng)作原因進(jìn)行了分析，論述了非電量保護(hù)繼電器的優(yōu)化措施，即三取二改造的方案，對實(shí)施過程進(jìn)行全面分析。

1 換流變油流繼電器動(dòng)作跳閘分析

1.1 故障過程及檢查情況

2010年12月9日01:04:13:673，事件記錄發(fā)出“P1A1 Delta Phase A OLTC Oil Flow Relay 14.1 Trip”(極I Y/D相控制系統(tǒng)A發(fā)出分接頭油流繼電器14.1跳閘)，控制系統(tǒng)B無該跳閘事件，極I控制保護(hù)系統(tǒng)發(fā)出Z閉鎖信號。01:04:13:687，極I直流系統(tǒng)閉鎖，雙極功率1 366 MW全部轉(zhuǎn)至極Ⅱ運(yùn)行正常。

設(shè)備停電后，檢查測量該繼電器發(fā)出閉鎖信號的干簧接點(diǎn)A(對應(yīng)極控A系統(tǒng))電阻為0.4 Ω，即確認(rèn)已閉合，而該繼電器送往極控B系統(tǒng)接點(diǎn)B為斷開狀態(tài)。排除控制系統(tǒng)或二次接線存在問題的可能性。將故障油流繼電器14.1拆下后手動(dòng)將油流繼電器擋板部分推開，發(fā)現(xiàn)當(dāng)繼電器稍微振動(dòng)時(shí)，誤動(dòng)干簧接點(diǎn)A會(huì)出現(xiàn)左右抖動(dòng)，而正常接點(diǎn)B無抖動(dòng)。

每臺(tái)換流變配置2臺(tái)OLTC分接頭，在2臺(tái)分接頭油箱和油枕之間分別設(shè)14.1和14.2共2臺(tái)油流繼電器，當(dāng)油流速＞1.5 m/s時(shí)油流推動(dòng)相應(yīng)的重瓦斯擋板向前移動(dòng)，A/B跳閘接點(diǎn)都會(huì)被相應(yīng)位置的磁鐵吸合，送2套控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)跳閘出口。油流繼電器由機(jī)械和電氣2部分構(gòu)成。機(jī)械傳動(dòng)部分的關(guān)鍵部件包括固定支架、擋板、擋板傳動(dòng)螺絲、吸合磁鐵和配重架。在結(jié)構(gòu)上，擋板、吸合磁鐵與配重架通過轉(zhuǎn)軸定位在支架上，轉(zhuǎn)軸為擋板、吸合磁鐵和配重架旋轉(zhuǎn)的支點(diǎn)。擋板傳動(dòng)螺絲(絲扣螺絲)固定在配重架上并相繼穿過吸合磁鐵、配重架和擋板，三者位置相對固定，配重架和吸合磁鐵有一定的松動(dòng)空間。

機(jī)械傳動(dòng)部分工作時(shí)，擋板被油流推動(dòng)，繞轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，擋板通過傳動(dòng)螺絲將轉(zhuǎn)動(dòng)力傳遞到配重架和吸合磁鐵上，并帶動(dòng)配重架和吸合磁鐵一起繞轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，如圖1所示，磁鐵與干簧接點(diǎn)靠近時(shí)，會(huì)使接點(diǎn)吸合。

圖1 擋板傳動(dòng)示意圖

1.2 原因分析

通過將故障繼電器與新的繼電器進(jìn)行比對后發(fā)現(xiàn)有2點(diǎn)差異:1)相對正常干簧接點(diǎn)B，干簧接點(diǎn)A與磁鐵 (磁鐵隨擋板的動(dòng)作移動(dòng))間裝配距離較近，故更容易吸合。2)發(fā)現(xiàn)與故障繼電器的擋板傳動(dòng)螺絲出現(xiàn)磨損缺口，該缺口導(dǎo)致?lián)醢迦菀渍駝?dòng)。同時(shí)考慮當(dāng)時(shí)鵝城換流站夜間氣溫較低且變化較大，會(huì)加劇該擋板 (帶配重架)的振動(dòng)。

故障原因分析:1)在換流變壓器運(yùn)行的過程中，變壓器本身的震動(dòng)會(huì)帶動(dòng)鑲嵌吸合磁鐵的金屬片一起振動(dòng)，長期振動(dòng)產(chǎn)生的摩擦使傳動(dòng)螺絲出現(xiàn)缺口，隨著傳動(dòng)螺絲缺口加大，磁鐵振動(dòng)幅度相應(yīng)增大;2)誤動(dòng)的干簧接點(diǎn)在工廠裝配時(shí)與吸合磁鐵的安全距離偏小，一旦吸合磁鐵與干簧接點(diǎn)接近，吸力就會(huì)使干簧接點(diǎn)保持在吸合狀態(tài)，引起保護(hù)誤動(dòng)。

該型油流繼電器在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上選用螺紋式的擋板傳動(dòng)螺絲，并且螺絲的強(qiáng)度、剛性都不夠，是導(dǎo)致螺絲磕出凹槽，引起鑲嵌吸合磁鐵的鋼片位移量增大，進(jìn)而引起誤動(dòng)的根本原因。

2 相關(guān)后續(xù)工作

2.1 檢查和試驗(yàn)項(xiàng)目

1)傳動(dòng)試驗(yàn)和跳閘接點(diǎn)同步性校核

對全站在運(yùn)換流變壓器和平波電抗器的瓦斯繼電器和油流繼電器進(jìn)行傳動(dòng)試驗(yàn)。通過按壓繼電器上“功能試驗(yàn)按鈕”對90只瓦斯繼電器、24只油流繼電器進(jìn)行了試驗(yàn)，查看運(yùn)行人員工作站報(bào)警事件、跳閘事件記錄，記錄雙系統(tǒng)報(bào)警事件的時(shí)間差值，并使用故障錄波儀記錄繼電器2付跳閘接點(diǎn)電壓波形，校核其動(dòng)作同步性。

2)絕緣試驗(yàn)

使用兆歐表 (500 V)測量換流變和平抗瓦斯繼電器、油流繼電器報(bào)警和跳閘接點(diǎn)的絕緣電阻，測量結(jié)果正常。

3)抽查瓦斯、油流繼電器機(jī)械部件

取出P1-Y/D-B相換流變壓器14.2油流繼電器和P1-Y/Y-C相換流變壓器1.1瓦斯繼電器機(jī)械部件，繼電器擋板和配重架安裝牢固;兩側(cè)干簧管與磁鐵間距沒有明顯異常;擋板傳動(dòng)螺絲安裝牢固，存在輕微磨損情況;接點(diǎn)引線未發(fā)現(xiàn)問題。

2.2 發(fā)現(xiàn)的問題分析

1)P1-Y/Y-C相換流變壓器1.1瓦斯繼電器故障

通過傳動(dòng)試驗(yàn)檢查發(fā)現(xiàn)，在按壓試驗(yàn)按鈕時(shí)，P1-Y/Y-C相換流變壓器1.1瓦斯繼電器A系統(tǒng)跳閘接點(diǎn)正常動(dòng)作 (接點(diǎn)閉合)，而B系統(tǒng)跳閘接點(diǎn) (33-43)不動(dòng)作 (保持常開狀態(tài))，跳閘波形和事件記錄分別如圖2，3所示。

2)部分瓦斯繼電器接點(diǎn)不靈活

檢查發(fā)現(xiàn)，換流變壓器5只瓦斯繼電器跳閘接點(diǎn)動(dòng)作不靈活 (P1-Y/D-A相1.6、P1-Y/D-B相1.3，P1-Y/D-C相1.3，P2-Y/D-A相 1.6、P2-Y/Y-C相1.6)，在前3次按壓試驗(yàn)按鈕時(shí)，B系統(tǒng)跳閘接點(diǎn)不動(dòng)作，但經(jīng)過幾次按壓后，B系統(tǒng)跳閘接點(diǎn)能夠與A系統(tǒng)跳閘接點(diǎn)同步動(dòng)作。

2.3 后續(xù)處理措施

1)P1-Y/Y-C相換流變壓器1.1瓦斯繼電器更換處理。EMB公司技術(shù)人員見證了現(xiàn)場該繼電器更換全過程。更換后，A/B系統(tǒng)跳閘接點(diǎn)動(dòng)作同步性正常，2付接點(diǎn)動(dòng)作時(shí)差為5 ms。

2)動(dòng)作時(shí)間結(jié)果記錄。經(jīng)檢查，換流變壓器和平波電抗器瓦斯和油流繼電器均可正常發(fā)出報(bào)警、跳閘事件，2付跳閘接點(diǎn)動(dòng)作同步性正常，動(dòng)作時(shí)差均在20 ms左右。

3 保護(hù)三取二改造措施

3.1 當(dāng)前非電量保護(hù)存在問題

以鵝城換流站為例，當(dāng)前換流變、平抗非電量保護(hù)配置中，繼電器的任一跳閘接點(diǎn)動(dòng)作均會(huì)直接出口執(zhí)行極閉鎖。單極閉鎖風(fēng)險(xiǎn)較大，且不滿足《國家電網(wǎng)公司防止直流換流站單、雙極強(qiáng)迫停運(yùn)二十一項(xiàng)反事故措施》中第1.1條要求。換流變本體控制保護(hù)系統(tǒng)接口ETCSA和ETCSB單接點(diǎn)動(dòng)作直接出口信號多達(dá)20路。

根據(jù)國家電網(wǎng)公司《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)直流換流站遺留隱患治理的通知》和《關(guān)于印發(fā)換流變壓器油流和瓦斯繼電器改進(jìn)措施研討會(huì)紀(jì)要的通知》的意見，進(jìn)行換流變壓器設(shè)備非電量保護(hù)“三取二”改造，避免單一繼電器及回路故障導(dǎo)致直流系統(tǒng)誤閉鎖。

3.2 改造總體原則

非電量保護(hù)改造總體設(shè)計(jì)原則為三取二方式實(shí)現(xiàn)，ABB相關(guān)工程 (龍政、江城、宜華)利用現(xiàn)有的ETCS和ERCS裝置，通過增加外部電纜和IO板卡，在ETCS和ERCS中實(shí)現(xiàn)非電量保護(hù)三取二功能。主瓦斯和油流更換為帶3付接點(diǎn)的繼電器，部分無法直接提供3付跳閘接點(diǎn)的繼電器如SF6密度等采用報(bào)警與跳閘綜合判斷方式〔1〕。如圖4所示。

圖4 改造原理圖

3.3 瓦斯和油流繼電器產(chǎn)品的改進(jìn)措施

國家電網(wǎng)公司及相關(guān)運(yùn)維單位組織有關(guān)廠家開展了大量研究和改進(jìn)工作。2011年3月13日和3月22日，寶雞換流站極I換流變C相本體重瓦斯誤動(dòng)并導(dǎo)致極I閉鎖。2011年5月國家電網(wǎng)公司生技部在北京組織召開了改進(jìn)措施研討會(huì)，督促EMB公司完成了如下方面的產(chǎn)品改進(jìn)措施。

EMB公司生產(chǎn)的瓦斯繼電器內(nèi)浮球存在質(zhì)量問題。經(jīng)該公司內(nèi)部排查，全球累計(jì)發(fā)生5次由于浮球問題導(dǎo)致的瓦斯繼電器誤動(dòng) (EMB公司每年供貨約13 000只)，故障原因均為2個(gè)半球熔接處太薄，檢測過程中沒有發(fā)現(xiàn)熔接處的微小縫隙。該公司提出了浮球檢測改進(jìn)措施:卡尺測量浮球邊緣厚度小于2 mm時(shí)列為不合格產(chǎn)品;增加在真空容器中注油后加壓-1.0bar持續(xù)3 h的測試工序，便于浮球內(nèi)氣體的滲出和油的滲入，提前發(fā)現(xiàn)問題〔2〕。與寶雞站相同批次的產(chǎn)品已全部更換。

3.4 三取二改造具體實(shí)施方案

3.4.1 涉及范圍及措施

2012年年度檢修期間，鵝城換流站組織將換流變油流繼電器、瓦斯繼電器統(tǒng)一更換為3付跳閘接點(diǎn)型繼電器，采取3付跳閘接點(diǎn)需獨(dú)立采集信號做3取2邏輯判斷，其它本體保護(hù)繼電器需在A，B系統(tǒng)間硬件共享保護(hù)跳閘和報(bào)警信號。其它已投運(yùn)的換流站也陸續(xù)進(jìn)行了三取二改造。

3.4.2 改造效果分析

本次改造雖涉及范圍廣且工作量較大，改造后對現(xiàn)場防止單雙極閉鎖效果顯著，如表1所示。

從表1可知，通過本次改造可有效避免由于繼電器、板卡單一接點(diǎn)故障導(dǎo)致的保護(hù)誤動(dòng)，而對于概率相對較小的第3種故障工況無改善。

4 結(jié)束語

總之，通過上述的非電量保護(hù)改造措施，最大程度上實(shí)現(xiàn)了在防止拒動(dòng)的同時(shí)避免單一跳閘接點(diǎn)或回路誤動(dòng)。同時(shí)，通過對瓦斯、油流繼電器的質(zhì)量檢測和監(jiān)督，切實(shí)保障主設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

〔1〕國家電網(wǎng)公司生直流〔2011〕79號 關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)直流換流站遺留隱患治理的通知〔Z〕.

〔2〕國家電網(wǎng)公司生直流〔2011〕77號印發(fā)換流變壓器油流和瓦斯繼電器改進(jìn)措施研討會(huì)記要的通知〔Z〕.