帥 勇,劉 赟
(1.國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司常德供電分公司,湖南常德 415000;2.國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院,長(zhǎng)沙 410007)
主變壓器作為電網(wǎng)的核心設(shè)備,在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)跳閘將導(dǎo)致負(fù)荷損失,給國(guó)民生產(chǎn)帶來(lái)較大影響。以往主變壓器運(yùn)維管理對(duì)的電氣絕緣性能較為重視,但對(duì)主變的非電量裝置的運(yùn)維管理重視不夠,導(dǎo)致近年來(lái)出現(xiàn)了多起由于非電量保護(hù)誤動(dòng)造成的主變跳閘事件。本文通過(guò)對(duì)近年來(lái)幾起典型主變壓器、平波電抗器、換流變壓器設(shè)備跳閘情況進(jìn)行分析,提出防止主變非電量異常引起保護(hù)誤動(dòng)的防范措施,旨在為主變壓器的運(yùn)維管理提供參考經(jīng)驗(yàn)。
2014年1月2日,某330 k V變電站1號(hào)非電量保護(hù)“風(fēng)冷全停延時(shí)跳閘”啟動(dòng),1 h后,跳主變?nèi)齻?cè)?,F(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn),變壓器運(yùn)行正常、主變?nèi)齻?cè)斷路器運(yùn)行正常,僅發(fā)現(xiàn)風(fēng)冷控制箱內(nèi)欠壓繼電器KV1、KV2均處于動(dòng)作狀態(tài)。
檢查發(fā)現(xiàn),1號(hào)主變測(cè)控裝置三側(cè)斷路器分閘燈亮,1號(hào)主變非電量保護(hù)屏“1號(hào)主變冷控失電”信號(hào)燈、跳閘信號(hào)燈點(diǎn)亮。但檢查變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)后臺(tái)和調(diào)度監(jiān)控中心主站端發(fā)現(xiàn),均無(wú)“1號(hào)主變冷控失電”告警信息。
針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)和綜自系統(tǒng)檢查情況,結(jié)合風(fēng)冷全停非電量保護(hù)原理及二次回路結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。其冷卻器全停起動(dòng)保護(hù)原理圖如圖1所示。
冷卻器全停起動(dòng)動(dòng)作原理:欠壓繼電器KV1、KV2分別接于風(fēng)冷1號(hào)電源、2號(hào)電源的進(jìn)線上。當(dāng)進(jìn)線電壓降低到啟動(dòng)值以后,欠壓繼電器KV1、KV2勵(lì)磁,或四組風(fēng)扇接觸器全部失磁后接觸器觸點(diǎn)KM1、KM2、KM3、KM4全部接通,這兩種情況均可使冷卻器全停瞬動(dòng)報(bào)警起動(dòng)回路中的交流繼電器K11勵(lì)磁,使得冷卻器全停瞬時(shí)報(bào)警觸點(diǎn)回路中的常開(kāi)節(jié)點(diǎn)K11閉合,開(kāi)入至相應(yīng)的非電量保護(hù)裝置。當(dāng)達(dá)到動(dòng)作時(shí)限(1 h)后出口跳閘。
圖1 冷卻器全停起動(dòng)保護(hù)原理圖
風(fēng)冷全停非電量保護(hù)動(dòng)作原因分析:冷卻系統(tǒng)全停事件前調(diào)度為調(diào)節(jié)系統(tǒng)電壓投入該站電抗器造成35 k V電壓降低,在此期間加上接入該站的風(fēng)電出力變化擾動(dòng),導(dǎo)致所用電壓過(guò)低,KV1、KV2勵(lì)磁啟動(dòng)風(fēng)冷全停保護(hù)回路。當(dāng)風(fēng)電擾動(dòng)消失,所用電壓有所恢復(fù),但未達(dá)到KV1、KV2繼電器動(dòng)作返回值,造成風(fēng)冷全停保護(hù)一直動(dòng)作,而非電量保護(hù)裝置內(nèi)冷控失電延時(shí)跳閘繼電器J1的信號(hào)接點(diǎn)在繼電器動(dòng)作后未接通,造成冷控失電延時(shí)跳閘信號(hào)未上送。監(jiān)控中心未接收到風(fēng)冷全停告警信號(hào),錯(cuò)失通知運(yùn)行人員現(xiàn)場(chǎng)檢查退出該保護(hù)機(jī)會(huì),保護(hù)到時(shí)限后主變跳閘。
針對(duì)本事件提出以下技術(shù)措施,供隱患排查治理:
(1)結(jié)合檢修對(duì)欠壓繼電器KV1、KV2進(jìn)行校驗(yàn),對(duì)不滿(mǎn)足檢驗(yàn)規(guī)程要求的繼電器進(jìn)行更換。
(2)對(duì)強(qiáng)油循環(huán)風(fēng)冷變壓器的風(fēng)冷全停非電量保護(hù)裝置的信號(hào),結(jié)合季節(jié)檢查進(jìn)行定期試驗(yàn),包括冷卻器全停啟動(dòng)和失電啟動(dòng),確保信號(hào)回路工作正常,消除存在的隱患。
某國(guó)產(chǎn)變壓器廠供貨的多個(gè)換流站平波電抗器本體瓦斯繼電器在2010年2月、2011年7月、2013年7月相繼發(fā)生了動(dòng)作,導(dǎo)致單極閉鎖?,F(xiàn)場(chǎng)對(duì)平波電抗器及瓦斯繼電器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)外觀檢查、油樣分析、電氣試驗(yàn),結(jié)果均合格,平波電抗器無(wú)異常,認(rèn)為閉鎖事件由瓦斯繼電器誤動(dòng)作引起。
事件發(fā)生后對(duì)全國(guó)使用油浸式平波電抗器的16座在運(yùn)直流換流站進(jìn)行了排查,并與供貨廠家進(jìn)行了分析。初步認(rèn)為Asea Brown Boveri公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)ABB公司)、西安西電變壓器有限責(zé)任公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)西變公司)采用瓦斯繼電器與本體軟連接的方式,本體與瓦斯繼電器之間的振動(dòng)通過(guò)軟連接進(jìn)行隔離,受本體振動(dòng)的影響最小(見(jiàn)圖2和圖3)。
圖2 西變公司平抗瓦斯繼電器安裝圖
圖3 ABB公司平抗瓦斯繼電器安裝圖
西門(mén)子變壓器有限公司采用兩端固定在本體上的方式,與本體振動(dòng)基本一致(見(jiàn)圖4)。
發(fā)生誤動(dòng)作的廠家的平抗瓦斯繼電器與油枕采用波紋管連接,與油箱采用管道硬連接,形成懸梁臂結(jié)構(gòu)(相當(dāng)于一端懸空)(見(jiàn)圖5),放大了振動(dòng),在平抗經(jīng)受暫態(tài)大電流時(shí),繞組收縮和箱體的輕微變形會(huì)引起油向油枕方向涌動(dòng),兩者共同作用導(dǎo)致重瓦斯動(dòng)作。
在事件發(fā)生后,這些廠家對(duì)誤動(dòng)的平抗進(jìn)行三維模擬仿真,施加7.2 k A電流(持續(xù)時(shí)間為60 ms)時(shí),平波電抗器本體箱蓋的振動(dòng)加速度最大為4G m/s2,瓦斯繼電器最大加速度約達(dá)到9G m/s2,超過(guò)配置的瓦斯繼電器可承受的最大允許振動(dòng)加速度(2G m/s2,2~200 Hz),計(jì)算結(jié)果表明可能導(dǎo)致瓦斯繼電器誤動(dòng)。另一方面,這些廠家的平抗瓦斯繼電器動(dòng)作流速整定值為1.5 m/s,整定值較小易發(fā)生誤動(dòng)。
圖4 西門(mén)子公司平抗瓦斯繼電器安裝圖
圖5 發(fā)生誤動(dòng)作的廠家的平抗瓦斯繼電器安裝圖
(1)采取加固措施。采取在緊靠瓦斯繼電器油路處安裝抱箍,將管路與平抗本體外殼作剛性連接。
(2)調(diào)整瓦斯繼電器定值。根據(jù)廠家核算結(jié)果,結(jié)合停電檢修將瓦斯繼電器流速定值由1.5 m/s調(diào)整至2.5 m/s。
(3)充分借鑒ABB公司和西變公司經(jīng)驗(yàn),研究將瓦斯繼電器與本體采用軟連接的方式,對(duì)擬改接的方式應(yīng)考慮施加重力載荷及短路力載荷,仿真分析在這兩種載荷共同作用下的結(jié)構(gòu)的響應(yīng)情況。
2013年11月4日,運(yùn)行人員巡視發(fā)現(xiàn)某220 k V變電站2號(hào)主變調(diào)壓開(kāi)關(guān)油室油位過(guò)低,報(bào)檢修后計(jì)劃于11月6日對(duì)調(diào)壓開(kāi)關(guān)油室進(jìn)行了帶電補(bǔ)油操作。11月6日14時(shí)52分,運(yùn)行人員將調(diào)壓開(kāi)關(guān)重瓦斯跳閘改投為信號(hào),15點(diǎn)36分,補(bǔ)油操作完成。期間,監(jiān)控信息顯示,在補(bǔ)油過(guò)程中的14點(diǎn)58分,調(diào)壓開(kāi)關(guān)瓦斯繼電器發(fā)出了重瓦斯動(dòng)作信號(hào)。監(jiān)控告知了變電運(yùn)維值班負(fù)責(zé)人,得到了情況屬實(shí),正在進(jìn)行補(bǔ)油操作的回復(fù)。
11月7日15點(diǎn)28分,調(diào)壓開(kāi)關(guān)重瓦斯跳閘改為發(fā)信達(dá)到24小時(shí),運(yùn)行向調(diào)度申請(qǐng)將調(diào)壓開(kāi)關(guān)重瓦斯發(fā)信恢復(fù)為跳閘。15點(diǎn)30分,操作人員投入壓板前檢查了2號(hào)主變保護(hù)A屏,發(fā)現(xiàn)WBH-801微機(jī)變壓器保護(hù)裝置“信號(hào)”燈亮,按下復(fù)位按鈕后復(fù)歸,檢查本屏所有保護(hù)裝置無(wú)異常后,投入調(diào)壓重瓦斯壓板時(shí)2號(hào)主變?nèi)齻?cè)斷路器跳閘。
由于現(xiàn)場(chǎng)主變檢查外觀無(wú)異常,考慮到運(yùn)行人員操作過(guò)保護(hù)裝置的復(fù)位功能,對(duì)保護(hù)裝置進(jìn)行了詳細(xì)的檢查。檢查#2主變保護(hù)A屏屏后調(diào)壓重瓦斯保護(hù)動(dòng)作開(kāi)入信號(hào)帶正電。表明#2主變保護(hù)出口后該信號(hào)一直保持。按WBH-801裝置復(fù)歸按鈕,可復(fù)歸WBH-801電量保護(hù)裝置液晶屏彈出報(bào)文,但不能復(fù)歸WBH-802非電量保護(hù)裝置“信號(hào)”、“跳閘”燈。
結(jié)合SOE及故障錄播原因分析主變跳閘是由于運(yùn)行人員在該信號(hào)未復(fù)歸的情況下,投入壓板導(dǎo)致主變因調(diào)壓重瓦斯而出口跳閘。而導(dǎo)致信號(hào)未復(fù)歸的初步判斷是由于瓦斯繼電器在油流沖動(dòng)下具有自保持功能,調(diào)壓瓦斯繼電器實(shí)物如圖6所示。為此特利用瓦斯繼電器校驗(yàn)平臺(tái),進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。
圖6 具有自保持結(jié)構(gòu)的瓦斯繼電器
試驗(yàn)采用的調(diào)壓開(kāi)關(guān)瓦斯繼電器上端部位設(shè)置了兩個(gè)試驗(yàn)按鈕,分別為脫扣和復(fù)位。被試品是長(zhǎng)征電器一廠1986年生產(chǎn)的QJ2-25型產(chǎn)品,整定油速為1.4 m/s。工作人員將瓦斯繼電器固定到校驗(yàn)平臺(tái)上,當(dāng)油速達(dá)到1.145 m/s時(shí)重瓦斯動(dòng)作。試驗(yàn)完成后,將瓦斯繼電器從校驗(yàn)平臺(tái)上取下,用萬(wàn)用表測(cè)量重瓦斯發(fā)信的輸出接點(diǎn),在沒(méi)有油流的情況下,仍處于導(dǎo)通狀態(tài)。按下復(fù)位按鈕后,輸出接點(diǎn)處于開(kāi)路狀態(tài)。試驗(yàn)證明,這類(lèi)調(diào)壓開(kāi)關(guān)瓦斯繼電器,當(dāng)重瓦斯動(dòng)作后,具有自保持功能。
結(jié)合本案例的原因和反映出來(lái)的問(wèn)題,提出以下技術(shù)防范措施:
(1)考慮現(xiàn)有的微機(jī)保護(hù)裝置的可靠性較傳統(tǒng)的繼電保護(hù)可靠性高,且出口傳動(dòng)均有錄波及相關(guān)信息記錄,所以可以考慮更換需要人工就地復(fù)位的瓦斯繼電器更換為具有自恢復(fù)功能的瓦斯繼電器。
(2)對(duì)變壓器本體及調(diào)壓開(kāi)關(guān)進(jìn)行補(bǔ)油操作后,應(yīng)檢查瓦斯繼電器的動(dòng)作信號(hào),必要時(shí)由檢修人員處理。
(3)調(diào)度人員在下達(dá)投退壓板的指令前,應(yīng)對(duì)相應(yīng)設(shè)備和保護(hù)裝置的狀態(tài)進(jìn)行再確認(rèn),加強(qiáng)與現(xiàn)場(chǎng)操作人員的溝通。
2010年12月9日,鵝城站極I換流變Y/D A相有載分接開(kāi)關(guān)油流繼電器誤動(dòng),極I閉鎖。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),極I閉鎖。
初步檢查原因?yàn)镋MB公司生產(chǎn)的瓦斯繼電器內(nèi)浮球存在質(zhì)量問(wèn)題,兩個(gè)半球熔接時(shí)壓接不緊且兩個(gè)半球熔接處太薄,檢測(cè)過(guò)程中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)熔接處的微小縫隙。運(yùn)行中變壓器油逐漸滲入浮球內(nèi),浮球下沉造成瓦斯繼電器跳閘接點(diǎn)接通,重瓦斯保護(hù)誤動(dòng)。
為了更好的提出分析原因并制定防范措施,對(duì)浮球的加工流程介紹如下:浮球制造前,EMB公司采購(gòu)采用特殊尼龍材料制造的兩個(gè)半球。將兩個(gè)半球卡入熔接機(jī)內(nèi),半球頂部突起用于定位半球在熔接機(jī)內(nèi)的位置。
半球固定裝置移動(dòng)至溫度為430℃的鐵板表面上,半球與鐵板不直接接觸,利用鐵板溫度將半球邊緣熔化,要求熔接介質(zhì)由原有工藝中的鋁材變更為鐵材。兩個(gè)半球邊緣熔化后,上半球固定裝置下移,與下半球進(jìn)行壓接,熔接后形成整個(gè)浮球。
(1)根據(jù)分析的原因要求浮球制造按以下措施改進(jìn):一是兩個(gè)半球熔接后邊緣連接處厚度由小于1 mm增加至2 mm及以上;二是熔接介質(zhì)由鋁材變更為鐵材,以便更好的保持熔接時(shí)的溫度;三是熔接時(shí)間由43 s增加至53 s。上述改進(jìn)促使半球熔接更加緊密。
(2)根據(jù)分析的原因要求浮球檢測(cè)按以下措施改進(jìn):一是卡尺測(cè)量浮球邊緣厚度小于2 mm時(shí)列為不合格產(chǎn)品;二是在真空容器中注油后在壓力容器中經(jīng)過(guò)不注油加壓-1.0 bar持續(xù)5 h;注油加壓-1.0 bar持續(xù)3 h;注油加壓3.0 bar持續(xù)15 h;注油加壓5.0 bar持續(xù)22 h共計(jì)4個(gè)階段的檢測(cè)后,將浮球取出后在燈光下檢測(cè)是否滲油,便于浮球內(nèi)氣體的滲出和油的滲入,提前發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。
(3)對(duì)目前在運(yùn)的相同批次的產(chǎn)品應(yīng)盡快在檢修中組織進(jìn)行更換。另外對(duì)新工藝產(chǎn)品應(yīng)加強(qiáng)安裝前可以按照廠家出廠檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行質(zhì)量抽檢。
變壓器的運(yùn)維管理,除了重要的絕緣性能監(jiān)測(cè)與檢測(cè)外,對(duì)于平時(shí)關(guān)注較少的非電量也應(yīng)該加強(qiáng)運(yùn)維管理與技術(shù)管理,本論文通過(guò)國(guó)網(wǎng)公司近幾年的典型案例的分析,有利于提供非電量運(yùn)維治理的思路與措施,其中重點(diǎn)加強(qiáng)可能引起系統(tǒng)跳閘或閉鎖的冷卻器全停和重瓦斯保護(hù)非電量通道的反措管理。
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