一起變壓器過激磁保護誤動作事故分析

連 杰，周云安

（安康水力發電廠，陜西 安康 725000）

2009-03-28凌晨，某水力發電廠完成3號機組大修工作，在進行大修后的開機試驗過程中，發生一起運行中變壓器過激磁保護動作跳閘的事故。事故造成該水電廠全廠廠用電源消失及電廠所在地區部分停電。

1 事故經過

2009-03-27，3號機組大修工作全部結束后，進行了3號機組自動開停機流程檢查試驗、交流勵磁機相關特性試驗和發電機相關特性試驗，而后準備進行發電機-變壓器組遞升加壓、定相試驗。遞升加壓試驗的方法是把全廠330 kV運行元件全部倒至330 kV Ⅱ母線運行，然后由3號發電機-變壓器組帶330 kV Ⅰ母線(空母線)零起升壓。電氣一次主接線如圖1所示。

28日00:25，運行值班人員將330 kV Ⅰ母線上除母聯斷路器3300DL外，包括聯絡變5B在內的其他所有電氣元件倒至330 kVⅡ母線運行。00:28:37，運行值班人員依令拉開330 kVⅠ，Ⅱ母聯絡開關3300DL。00:28:49，該電廠110 kV系統與330 kV系統之間的聯絡變壓器5B的過激磁保護動作出口，聯絡變5B三側斷路器分閘，造成本地區110 kV系統與330 kV主網系統解列,本地區部分停電；還造成該電廠全部廠用電源消失，情勢十分危急。運行值班人員立即啟動“廠用電源消失事故預案”，迅速改變運行方式，恢復了廠用電系統，避免了事故進一步擴大。

2 現場檢查情況

5B過激磁保護動作后，電氣檢修人員立即到現場檢查處理。現場情況是：5B保護盤A柜、B柜的過激磁保護功能壓板均投入，A柜、B柜后備保護出口跳閘燈亮，5B高壓側開關3305DL、中壓側開關1105DL、低壓側開關125DL已分閘；A柜、B柜保護故障報告均顯示過激磁保護動作，330 kVⅡ母A相PT二次電壓達到75.4 V(超過1.25倍額定電壓)，運行中的330 kV Ⅱ母各元件保護均發出“PT斷線”告警；在5B保護盤上測量330 kV Ⅱ母線PT二次電壓依次為Ua=74V，Ub=27V，Uc=2.59V，3U0=104.9V。

現地檢查發現330 kV GIS開關站母線PT柜，330 kVⅠ，Ⅱ母線PT二次側小空開1ZKK，2ZKK投入；測量Ⅱ母PT二次側空開2ZKK兩側電壓全部正常(三相相電壓58 V）；檢查330 kV母線PT切換盤(9BP)330 kV母線二次電壓時發現，330 kV Ⅱ母PT電壓切換前是正常的，切換后電壓不正常(檢查繼電器2ZJ接點前A，B，C三相電壓均為58 V，2ZJ接點后A，B，C三相電壓分別為Ua=75.4 V，Ub=27 V，Uc=2.59 V）；進一步檢查發現，Ⅱ母PT隔刀2G的重動繼電器2ZJ不勵磁，繼電器線圈開路(繼電器型號為DZ-700，32-65-35-32，1988年10月阿城繼電器廠生產)，繼電器1ZJ、3ZJ正常。在換上一個新的2ZJ繼電器后，330 kV Ⅱ母PT二次電壓恢復正常，330 kVⅡ母元件保護“PT斷線”信號全部復歸。330 kV母線PT控制原理見圖2。

3 原因分析

如圖2所示，正常運行方式下，330 kVⅠ，Ⅱ母PT隔刀1G，2G均投入，因而重動繼電器1ZJ，2ZJ動作，常開接點閉合；3ZJ不動作,常開接點斷開。所以Ⅰ母二次電壓送至A1，B1，C1；Ⅱ母二次電壓送至A2，B2，C2。Ⅰ母上的所有運行元件通過自己的隔刀切換，其保護裝置使用的330 kV母線電壓為A1，B1，C1；Ⅱ母上的所有運行元件也通過自己的隔刀切換，其保護裝置使用的330 kV母線電壓為A2，B2，C2。為防止由于小空開1ZKK，2ZKK或繼電器1ZJ，2ZJ的原因造成PT二次三相失壓時各保護裝置因PT電壓斷線閉鎖裝置無法動作，使阻抗性質的保護裝置誤動作，所以在330 kVⅠ，Ⅱ母二次電壓回路A相的小空開和繼電器常開觸點兩端并了一個4μF的電容，以使PT二次電壓三相斷線時通過A相的電容，保證各保護裝置PT電壓斷線閉鎖裝置可靠動作。

3ZJ的作用是由于某種情況下繼電器1ZJ或2ZJ未動作，其常閉接點閉合，而電氣一次運行方式為330 kVⅠ，Ⅱ母聯絡運行時,母聯隔刀G1，G2投入，母聯斷路器DL合閘，則繼電器3ZJ動作，其常開接點閉合，330 kV母線電壓A1，B1，C1分別與A2，B2，C2連通，Ⅰ，Ⅱ母上的所有運行元件的保護裝置使用同一個母線二次電壓。

3月28日00:25，運行值班人員將330 kVⅠ母線上的所有電氣元件倒至330 kVⅡ母線運行，這時330 kVⅠ，Ⅱ母仍聯絡運行。由于繼電器2ZJ線圈損壞、無法勵磁，所以3ZJ動作，已倒至330 kVⅡ母線上運行的各電氣設備的保護裝置所用的母線二次電壓A2，B2，C2通過3ZJ的接點與Ⅰ母PT二次電壓A1，B1，C1相連。

00:28，運行值班人員拉開330 kVⅠ，Ⅱ母聯絡開關3300DL，這時330 kVⅠ母線與所有運行設備徹底分離，Ⅰ母PT的一、二次輸出電壓為0 V；同時母聯開關分閘后，其輔助接點DL斷開，使3ZJ返回，3ZJ常開接點斷開。由于2ZJ常開接點一直處于斷開狀態，所以此時Ⅱ母PT的B，C相二次繞組與各保護裝置電壓負載斷開，而A相二次繞組通過電容C2接通各保護裝置A相電壓負載。感性的保護裝置電壓負載與電容C2構成串聯諧振，在負載繞組上產生了75.4 V的諧振電壓。母線PT的二次負載通常是三相對稱負載Za，Zb，Zc，而該電廠還有部分負載用的是線電壓Uab(2～4號發電機失磁保護用330 kV母線電壓Uab作為系統電壓判據)。圖3為2ZJ損壞后PT二次回路示意。從圖3可以看出，Zab與Zb串聯后再與Za并聯，所以B相負載Zb上的電壓Ub與A，B相間負載Zab上的電壓Uab之和等于Ua。這就是現場測試Ua為74 V、Ub還有27

V、而Uc幾乎為0 V的原因。

變壓器過激磁保護是防止大型變壓器因為電壓升高或頻率降低而工作在飽和磁密段，使變壓器勵磁電流增大、內部發熱嚴重而導致變壓器損壞的裝置。過激磁保護整定方法是整定過激磁倍數N，其定義為：

其中：B，Be—實際磁通量和額定磁通量；

Ue，fe—額定電壓、頻率；

U*，f*—電壓、頻率標幺值；

過激磁保護在變壓器輕微過激磁時發告警信號，在嚴重過激磁時按反時限跳閘。

5B過激磁保護反時限定值實際整定值為：N為1.2倍時，動作時間40 s；N為1.25倍時，動作時間10 s；N為1.3倍時，動作時間5 s。

在這次事故中，A相諧振電壓U超過額定電壓1.25倍，頻率f變化不大，則變壓器過激磁倍數N約為1.25倍。過激磁保護從啟動到出口跳閘共12 s，可見其動作邏輯正確。

4 暴露問題

4.1 技術方面

老式晶體管型和整流型距離保護的PT斷線閉鎖裝置對PT三相斷線(三相空開全跳開)無法正確判斷,所以要求空開一相接點并電容,在三相空開全跳開時通過電容偶合電壓,使PT斷線閉鎖裝置正確動作而不至引起距離保護誤動。現在的微機保護PT斷線閉鎖由程序判斷,判據非常完善,任何相別的PT斷線都可正確判斷,所以不再需要并聯電容。近年來，該廠330 kV系統所有設備的保護裝置已全部更換成微機保護，但330 kV PT盤未更換，沒有對PT二次側空開和繼電器接點所并的電容繼續存在的合理性進行認真分析，忽視了公共設備老回路對新設備的不良影響。

4.2 管理方面

由于330 kV母線停電機會很少，未能對330 kV母線PT回路按相應定檢周期制定定檢計劃，實施定檢工作。運行近20年，一直沒有對330 kV母線PT切換盤(1～3)ZJ繼電器進行檢驗，致使繼電器2ZJ損壞未及時發現。另外，有關人員應加強學習反措要求、熟悉反措內容，對不滿足反措要求的地方，必須及時提出來并進行修改，不留隱患。

4.3 運行方面

PT二次電壓回路公用的切換繼電器、重動繼電器是對全廠安全運行比較重要的二次設備，運行人員一定要加強對這些設備的巡視和操作監視，特別是在倒閘操作的時候。

5 防范措施

(1) 對公用設備、停電機會少的設備制定合理的檢驗周期和定檢計劃，杜絕出現檢驗死區。

(2) 加強設備監視和巡回檢查，密切注意公用繼電器的動作情況。

(3) 330 kV任一元件倒閘操作時，先將5B過激磁保護跳閘出口回路退出，待整個倒閘操作全部完成，檢查正常后，再將5B過激磁保護投入。

(4) 建議立即拆除330 kV母線PT二次空開A相接點所并聯的電容。

(5) 將330 kV PT電壓切換盤進行更換，選用可靠的整體電壓切換裝置。

(6) 加強檢修人員技術培訓，提高他們的技術素質和責任心，嚴格執行繼電保護定期檢驗制度。加強反措學習、熟悉反措內容，對不滿足反措要求的地方，及時提出并進行整改。

6 結束語

自1999年陜西系統變壓器配置過激磁保護以來,發生了多起由于變電站操作不正確以及PT電壓二次回路異常造成的過激磁保護不正確動作,使330 kV主網變壓器跳閘,給電網的安全穩定運行帶來很大影響。而到目前為止,陜西電力系統尚未發生過由于系統過電壓造成的變壓器過激磁而損壞的事例,根據陜西系統變壓器過激磁保護的運行情況,2006-07-04陜西省電力公司曾召開“變壓器過激磁保護研討會”。經與會人員討論分析，認為應將陜西電網所有330 kV降壓變壓器過激磁保護暫投信號，不投跳閘，并以文件的形式向各下屬單位下發了會議紀要，但因某種原因該文件未下達至該電廠。上述事故發生后，經請示省公司有關部門同意，該廠重新制定了相關設備的檢修計劃，并于2009-04-01下發了《關于重新調整5號主變過激磁保護運行方式及全廠二次回路檢查整改的通知》，要求過激磁保護由投跳閘出口改投發信號，拆除330 kV母線PT二次回路空開接點上的并聯電容，同時對全廠所有PT二次空開、熔斷器、切換繼電器及電壓二次回路進行全面檢查。