站用变压器非电量保护误动原因分析及处理
【摘要】针对安徽500kV 昭关变电所数次发生拉合500kV 开关引起所用变非电量保护误动造成所用变高压侧开关跳闸事件，详细分析了事故原因，得出的结论是重瓦斯保护中间继电器功率过小，不能躲过500kV 系统倒闸操作时的直流扰动。文章提出了对继电器功率进行适当放大的措施，解决了该所瓦斯保护误跳闸的问题。
【关键词】所用变压器；中间继电器；非电量保护；瓦斯保护；回路改造
1、前言
所用变压器为主变压器提供冷却电源、消防水喷淋电源，为断路器提供储能电源，为隔离开关提供操作电源，为硅整流提供变换用电源，另外所用电还提供所内的照明、生活用电及检修等电源，如果失电将严重影响变电所设备的正常运行，甚至引起系统停电和设备损坏事故。使电力系统和变压器可靠性运行水平和电力用户供电可靠性都受到影响，瓦斯保护装置对反映变压器绕组匝间短路或内部绝缘电弧的故障有高度灵敏性和重要作用，一旦误动必须彻底查清误动原因, 变压器本体无故障后方可投运, 从而延长停电时间，同时增加了大量现场工作。因此必须采取措施防止所用变非电量保护误动。
2、事故梗概
2.1正常运行方式
500kV 昭关变电所于2006年12月2日投运，是三峡配套工程的枢纽变电所，也是安徽省500kV 东通道的重要组成部分。目前采用一组单相自耦变压器，容量为750MV A ；500kV 采用3/2接线，2线1变；220kV 为双母线接线，出线8回；35kV 为单母线接线，安装4组无功补偿装置。
所用交流系统本期采用两台变压器（＃1、＃0），＃0所用变接自变电所外来独立可靠电源（35kV 含昭386线路）为无载调压变压器，＃1所用变接自本所35kV 母线，为有载调压变压器。正常运行方式下＃0变充电状态备用，00QF 摇至实验位置（冷备用）；母联10、20QF 运行并列380V Ⅰ段母线（以下简称Ⅰ母）、380V Ⅱ段母线（以下简称Ⅱ母）；＃1所变低压侧01QF 运行，＃1所用变运行带Ⅰ母、Ⅱ母负荷（全所低压负荷）。备用电源自动投入装置未运行，当01QF 非Ⅰ母、Ⅱ母故障（如＃1所用变故障跳闸或高压侧失电）跳闸后，须手动进行所用变负荷倒换。所用变压器配备了国电南京自动化有限公司的NEP9800数字变压器保护装置。装置非电量保护和电气保护跳闸继电器独立，非电量保护中轻瓦斯、压力释放、绕组高温投信号，重瓦斯投跳闸。所变故障本体保护动作跳所变高压侧开关。图1为昭关变所用电系统正常运行方式。
2.2事故详细过程
2007年6月19日12：58，在500k 新线路启动操作过程中，拉开500kV5021开关时，＃1所用变“轻瓦斯”、“压力释放”、“绕组高温”告警，＃0所变“轻瓦斯”、“压力释放”、“绕组低温”发信，“重瓦斯保护动作”光字牌亮。＃0所用变高压侧386开关跳闸，故障后, 检查＃0所变外观无明显故障，检查其它保护未动作，瓦斯继电器中无气体, 色谱分析无异常, 判断为非所变本体故障，＃1重瓦斯保护误动作。按规定对将对＃0所用变进行试送，试送成功。之后220kV 系统计划检修时，操作过程中并未发生＃1所用变高压侧跳闸事件。2008年9月28日06：36500kV 另一条线路停役操作过程中拉开5022开关时再次上述跳闸事件。
3、事故原因分析
3.1变压器本体非电量保护的基本原理
变压器有3种非电量保护：瓦斯保护、绕组高温保护、分接头切换保护。这三种保护的外接线相同，都是从变压器本体采集开关量信号经电缆送至变压器保护屏，非电量保护可以根据需要设为发信或者跳闸。昭关变电所非电量保护中只有重瓦斯保护投跳闸，其它均投信号，因此非电量保护中瓦斯保护误动影响最大。瓦斯保护反映变压器油箱内部各类故障，是变压器的主保护，当前瓦斯继电器多采用开口杯式（昭关变瓦斯继电器采用QJ?40型开口杯式），当油箱内部发生轻微故障，产生少量的气体(称轻瓦斯) ，迫使油面下降，瓦斯继电器上开口杯旋转干簧触点闭合，发“轻瓦斯”信号。变压器内部发生严重故障时，产生大量的气体(称重瓦斯) ，由于这些气体的膨胀使油面上升，其中油的流速将很大，形成强烈的油流冲击挡板，当油流速度大于1.0～1.4m/s，（昭关变为1.0m/s）带动下开口杯转动，使下磁力接点接通，发出断路器跳闸脉冲。
3.2非电量不正确动作原因分析
变压器内部进入空气，严重渗漏油、环境温度温骤降使变压器油位下降，各
种原因非内部故障油流涌动，二次回路短路，运行人员误碰探针都会引起瓦斯保护动作，事故再次发生后, 有关人员迅速赶到现场, 再次检查结果和第一次事故相同，断定为非本体故障，非电量保护误动。引起误动的原因是什么呢？瓦斯继电器没有气体，排除变压器内部进入空气；两台所变均没有渗漏油，事故发生当时气温没有骤降，排除油位、油流异常；对瓦斯回路进行绝缘检查未发现有绝缘问题，未发现短路现象，打开本体保护装置, 没有发现损坏元件和放电痕迹, 对里面的继电器逐个进行校验, 其动作值和返回系数都合格；对本体保护做整组试验, 传动正常，说明二次回路没有问题。问题到底出在哪里？结合两次误跳闸均出现在拉合500kV 开关的同时，且两台所用变投信号的非电量保护保护均发信(两台所变温度正常本体保护绕组高温确发信，压力释放阀未动作压力释放却告警，瓦斯继电器无气体却瓦斯发信) 。初步判定为外部干扰造成保护装置动作发信或出口。为查清＃0所变重瓦斯误跳闸原因，在厂家的建议下我们对NEP9803保护装置插件进行了检查，由于变压器瓦斯接点回路直接接于NEP9803装置动作出口(见图2) ，我们测量了装置的开入，测量结果驱动功率小于5W ，而国家《电网公司二十五项电网重大反事故措施》中“所有涉及直接跳闸的回路应采用动作功率不低于5W 的中间继电器”。386开关误跳闸原因就在这里。
图2中WSJ 为重瓦斯继电器接点，昭关变0号所用变为无载调压变压器，NEP9803中有载调压保护功能未用。
具体的测试过程是如下：我们首先测量了装置插件上瓦斯保护跳闸中间继电器的电阻（为30k Ω），由于该中间继电器为电压型继电器，我们缓慢升高试验仪输出电压，同时监视装置动作情况，当电压表显示Ud=65V，NEP9803装置动作，自动化系统报告0＃所变本体重瓦斯动作出口，计算得出跳闸电流Id=2.17mA时，与保护误动时的跳闸报文吻合，而此时重瓦斯出口中间继电器的线圈4X17，4X27端口动作功率为：Pd=Ud×Id=65×2.17/1000=0.14W«5W
3.3＃0所变重瓦斯保护误跳闸原因分析
为什么此种情况单单在500kV 开关操作过程中发生？从现场的保护信号看
来＃0、＃1同样受到操作干扰，为什么＃1所变保护仅发信而＃0所变跳闸？这与＃0、＃1所变保护接线所走的电缆沟电缆走向有密切的关系。从原理上讲，如果电缆中的电流一来一回能成对，对周围的影响就可互相抵消，但在实际的接线中，往往在同一电缆之内，电流都有来无回，此时对周围的影响就不可忽略，影响最严重的是电流的来去不走同一条电缆沟。＃0所用变就属于此种情况。500kV 系统电压等级高，电缆芯线之间的电容不同，感应电压相对高、低也不同，操作500kV 开关时直流扰动大，在电缆中产生的容性电流大，瓦斯继电器虽未动作，但其接点WZJ 两端实际也就是一个小电容，WZJ 周围电缆电容因并联容抗相加，产生较大的电容效应，当直流电压因扰动有突变时，在WZJ 两端聚集了大量电荷，聚集的电荷放电使WZJ 导通。同时由于瓦斯跳闸继电器电阻过大，小的直流电流扰动就会产生较大的电压，达到了瓦斯跳闸继电器的动作电压（该继电器为电压型），＃0所用变重瓦斯误动作跳开386开关。
4、回路改造措施
昭关变电所所用变非电量保护中仅重瓦斯保护投跳闸，误动后影响最大，反措的重点是要通过改进继电保护二次回路，提高重瓦斯保护启动功率，增强保护装置的抗干扰能力。主要方案有以下几种：
（1）更换NEP9803保护装置非电量保护插件，装置插件上3种非电量保护包括油温保护，分接头保护，瓦斯保护回路均正常，仅重瓦斯中间继电器功率不够，并且考虑到可以通过其它简便方法达到要求，没有必要更换整个插件。
（2）在NEP9807装置4X17、4X27端口并联电阻，增加启动功率。如果采用此方案，可以保持原设计回路不变，仍然保留内部编程和开出接点跳闸功能和保护网络发信功能，但不能避免电阻发热对装置端口和端子排的影响，元件热稳定性差，运行不稳定，不采用此方案。
（3）在保护装置端口并联热稳定性能好的大功率重动继电器，以达到出口继电器功率要求。这样既可以保持原设计回路不便，方便了改造，又可满足各方面要求，经反复讨论厂家和运行方认为此种方案可行并比较适合本所实际。
为了提高装置可靠性，采用厂家专门设计的用于提高装置开入量和跳闸回路的NEP?kJ 重动继电器，提高抗干扰性能。该继电器的原理为（见图3）：其中1为开入量或跳合闸4为开入量或操作负电源，5、6为常闭接点7、8为常开接点。NEP?kJ 重动继电器在电感线圈两端并联了合适的电容，可以减小变压器故障或外部扰动时电流突变对继电器线圈的损伤，提高继电器的使用寿命。
NEP?kJ 重动继电器的参数为：额定电压：110V 额定电阻：380Ω
昭关变直流为110V ，用并联的方法便使启动功率达到5W ，验算过程如下：
接线如下图所示，用NEP?kJ 重动继电器中的1、4接点接到NEP9803保护装置重瓦斯回路的节点上。（见图4）
5、结束语
本文分析了昭关变电所所用变重瓦斯保护误跳闸事故原因，并提出了切实可行的改进方案。2006年11月1日，昭关变电所按照上述方法对两台所用变进行了反措之后，至今运行可靠，实践证明改造是成功的。
瓦斯保护跳闸继电器功率不够致使保护装置抗干扰性能降低，不仅操作干扰中可能会误动，在冲击负荷干扰、变压器励磁涌流产生的干扰、电焊产生的干扰和直流系统接地产生的干扰中都易误动。此类事故在其它的变电所主变压器上也曾发生过影响较大。因此必须引起重视，建议各变电所在保护年间的时对其进行检查确认。
在电气二次设备的选择上不仅要遵守《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》的有关要求, 同时也不能忽视《电力系统继电保护及安全自动装置反事故措施要点》的有关要求, 确保继电保护无误动和拒动等发生。
参考文献
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[3]朱明, 舒乃秋. 变压器瓦斯保护动作原因及对策[J].继电保护技术,2006,07
[4]罗喜群等. 一起微机主变重瓦斯保护误动分析及回路改进[J].天津电力技术,2005, 增刊
[5]国家电力调度中心. 国家电网公司二十五项电网重大反事故措施[S]中国电力出版社,2006
作者简介：
石卓（1984－），女，汉族，安徽巢湖人。助理工程师，本科学历，从事变电运行工作
占晓友（1971－），男，汉族，安徽巢湖人。高级技师，本科学历，从事继电保护专责工作
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