某抽水蓄能電站主變壓器低壓閉鎖過流保護動作原因分析及改造方案

宋澤超，張 浩，劉 勇，胡峰超

（山西西龍池抽水蓄能電站有限責任公司，山西省忻州市 034000）

0 引言

主變壓器復合低壓閉鎖過流保護作為主變壓器壓器差動保護的后備保護，在主變壓器高壓側低電壓或者負序電壓條件滿足后，并且電流大于定值時動作于跳主變壓器高壓側斷路器。但在實際運行中，因存在主變壓器高壓側電壓互感器（TV）二次側斷線、二次空氣開關跳閘等因素的影響[1]，主變壓器負載運行時，存在主變壓器高壓側TV二次側電壓為零或者負序電壓出現的情況。針對這一問題，在主變壓器復合低壓閉鎖過流保護的基礎上增設TV斷線閉鎖判據[2]，實現當主變壓器高壓側TV二次側斷開時閉鎖保護出口的功能[3]。

1 問題描述

某月19日，該抽水蓄能電站500kV系統合環(huán)運行；500kV系統全保護運行；1、2、3號機組發(fā)電工況運行，分別帶負荷150MW；10kV廠用電Ⅰ段帶Ⅲ段聯絡運行，Ⅱ段獨立運行。

16：56：28，3號機組發(fā)電工況并網，帶負荷150MW；17：14：56，3號機組AGC設置為300MW；17：15：33，3號主變壓器低壓閉鎖過流B套（27/51T）保護動作；17：15：33，3號機組緊急跳機。

2 原因分析

2.1 情況梳理

3號主變壓器低壓閉鎖過流保護共配置兩套，分別布置在3號主變壓器保護A、B盤內，作為主變壓器壓器差動保護的后備保護，信號取自3、4主變壓器聯合單元TV02、TV03和3號主變壓器高壓側電流互感器（TA）TA06（3、4號主變壓器保護A盤共用TV02，3、4主變壓器保護B盤共用TV03），該保護由低電壓或者負序電壓條件滿足后，并且電流大于定值時經過延時動作跳本聯合單元機組出口斷路器及相關500kV斷路器[4]。負序電壓Q60設置兩套，硬件分別裝于A、B盤中，測量主變壓器壓器高壓側負序電壓，可通過外部回路調整延時。主變壓器低壓閉鎖過流保護定值為U=0.7Un，I=0.2In，t=2s；Q60保護定值U2=4V，t=0.32s[7]；主變壓器低壓閉鎖過流保護通過2號短電纜保護遠傳通道經遠跳判別裝置跳主變壓器高壓側斷路器，遠跳判別裝置控制字為二取一加就地判據，就地判據為零序過流、負序過流、電流突變。

缺陷發(fā)生時，機組正在調整負荷，接近主變壓器低壓過流保護定值0.2In，主變壓器低壓閉鎖過流保護僅B套動作，且相應500kV斷路器未跳開。

2.2 問題排查

（1）檢查機組故障錄波信息見圖1。機組故障錄波顯示主變壓器高壓側電壓電流三相為正弦波形，無尖峰及突變，不存在負序及低電壓情況。

圖1 機組故障錄波信息Figure 1 Unit fault recording information

（2）檢查保護動作日志。某月19日17：15：31，主變壓器低壓閉鎖過流保護信號啟動，延時2s后，17：15：33，主變壓器低壓閉鎖過流保護動作出口。

（3）查看保護采樣值，顯示電壓采樣值為0V；在保護盤柜處使用萬用表測量TV二次側電壓，電壓為0V。

（4）檢查3、4號主變壓器聯合單元TV空氣開關，空氣開關為跳開位置。

（5）檢查監(jiān)控日志：監(jiān)控系統報警信息 5DI1192 VT PROTECTION SW AND MCCB TRIP OFF（MT34），3/4 主變壓器聯合單元保護用TV空氣開關跳開。按照反措要求，保護應具備TV斷線閉鎖功能，但現場未按要求整改落實到位，TV二次側空氣開關跳開后未能閉鎖相關保護。

（6）檢查地面2號短電纜保護遠跳判別裝置故障信息。某月19日17：15：33，通道1跳令出現，通過保護錄波圖可見無零序及負序電流，就地判據不滿足，通道1跳令4s后超時。

2.3 保護原因分析

3號主變壓器低壓閉鎖過流保護共配置兩套，分別布置在3號主變壓器保護A、B盤內，作為主變壓器壓器差動保護的后備保護，電壓信號取自3、4號主變壓器聯合單元TV02、TV03（3、4號主變壓器保護A盤共用TV02，3、4號主變壓器保護B盤共用TV03）；電流信號取自3號主變壓器高壓側TA06。該保護由低電壓或者負序電壓條件滿足后，并且電流大于定值時，經過延時動作跳本聯合單元機組出口斷路器及相關500kV斷路器[9]。當主變壓器空載或負載運行時，主變壓器高壓側電壓值為額定值，當主變壓器停電時，主變壓器高壓側電流為零，二者均不會引起保護動作，只有當主變壓器高壓側電壓嚴重降低并且電流超過額定值，例如相間短路時，才會引起保護動作[8]。保護定值中電流值設定為0.2In，躲過了主變壓器非故障時的情況，滿足DL/T 684中該保護電流定值不小于變壓器額定電流值的要求（27/51T電流從主變壓器高壓側的TA取值，該TA的變比是2500：1，主變壓器額定容量為360MVA，主變壓器高壓側額定電壓為527.87kV，功率因數為0.85，TA一次側額定電流為463A，對應TA二次側額定電流就是0.185A，保護定值是0.2In，裝置額定電流為1A，則裝置內設定的保護實際定值即為0.2A，大于TA二次側額定電流值，滿足要求）。負序電壓Q60設置兩套，硬件分別裝于A、B盤中，測量主變壓器壓器高壓側負序電壓，可通過外部回路調整延時。主變壓器低壓閉鎖過流保護定值為U=0.7Un，I=0.2In，t=2s；Q60保護定值U=4V，t=0.32s；主變壓器低壓閉鎖過流保護通過2號短電纜保護遠傳通道經遠跳判別裝置跳主變壓器高壓側斷路器，遠跳判別裝置控制字為二取一加就地判據，就地判據為零序過流、負序過流、電流突變。

事件發(fā)生前，機組負荷上升過程中，達到主變壓器低壓過流保護定值0.2In，主變壓器低壓閉鎖過流保護僅B套動作，相應500kV斷路器未跳開。

2.4 確定故障點

根據上述排查情況，某月19日10：59，3、4號主變壓器聯合單元TV03二次側空氣開關=B01+AB12-Q1002跳開后，3、4號主變壓器B套低壓過流保護均滿足了“低壓”條件；16：56，3號機組發(fā)電啟動后，150MW升至300MW過程中，“過流條件”滿足后，發(fā)令跳出口斷路器和遠跳500kV斷路器；3號機組跳閘是保護裝置正確動作的結果，500kV斷路器保護裝置由于不滿足本地判據收令后未出口。

可以判斷，由于3、4號主變壓器聯合單元TV03二次側空氣開關=B01+AB12-Q1002跳閘，造成保護動作。

3 TV斷線閉鎖保護出口配置情況

（1）短電纜保護，短引線保護，斷路器保護，線路保護均設置了TV斷線報警。線路保護后備保護的過電壓保護設置了TV斷線閉鎖保護出口。

（2）主變壓器保護的低壓閉鎖過流保護未設置TV斷線閉鎖保護出口。

（3）機組保護的低電壓保護、低壓過流保護、電壓相序保護、低頻保護、抽水低功率保護未設置TV斷線閉鎖保護出口。

4 主變壓器及機組保護TV斷線功能完善改造方案

4.1 方案設計

解決辦法：外部增加一個電壓比較模塊見圖2，進行兩組電壓比較，繼電器型號為RXBA。

圖2 電壓比較模塊Figure 2 Voltage comparison module

4.2 方案實施

新增兩個繼電器安裝于主變壓器保護與發(fā)電電動機組及勵磁變保護B盤箱內，TV斷線保護接線簡圖及說明見圖3、圖4。

圖3 2號主變壓器TV斷線保護接線簡圖及說明Figure 3 Wiring diagram and description of main transformer PT break protection

圖4 2號機組TV斷線保護接線簡圖及說明Figure 4 Wiring diagram and description of the unit PT break protection

功能說明：TV斷線保護主要通過電壓比較繼電器實現。電壓比較繼電器主要功能為兩側電壓不一致（U1＞U2或U2＞U1）時，分別開出不同的信號，即在單套保護TV斷線時僅閉鎖本套保護出口，另一套保護動作不受影響。本次TV斷線保護閉鎖功能完善，對主變壓器保護的低壓過流保護（27/51T），機組保護的低電壓保護（27M）、低壓過流保護（27/51）、電壓相序保護（47）、低頻保護（81）、抽水低功率（37M）進行了功能完善[6]。

在檢修時，通過對主變壓器保護的低壓閉鎖過流保護（27/51T），機組保護的低電壓保護（27M）、低壓過流保護（27/51）、電壓相序保護（47）、低頻保護（81）、抽水低功率（37M）保護等的試驗，確定電壓比較繼電器能夠正確動作，并且能夠有效的閉鎖保護動作[5]。

5 總結

此次TV斷線保護閉鎖功能完善，主要通過電壓比較繼電器實現對主變壓器保護的低壓閉鎖過流保護（27/51T），機組保護的低電壓保護（27M）、低壓過流保護（27/51）、電壓相序保護（47）、低頻保護（81）、抽水低功率（37M）保護閉鎖，使得保護裝置在電壓互感器二次回路一相、兩相或三相同時斷線、失壓時，可以發(fā)告警信號，并閉鎖可能誤動作的保護，從而進一步提高本單位保護動作的正確性，為電網的穩(wěn)定運行提供保障。其優(yōu)化思路可為TV斷線閉鎖裝置的設計及應用提供經驗。