微機(jī)型變壓器重瓦斯保護(hù)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化及應(yīng)用

肖 斌

(四川明珠集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川射洪 629200)

1 問(wèn)題的提出

由繼電保護(hù)理論可知:發(fā)生直流一點(diǎn)接地時(shí)，保護(hù)應(yīng)動(dòng)作于發(fā)出直流接地信號(hào)而不會(huì)動(dòng)作于跳閘。但在我公司35 kV天仙變電站曾發(fā)生過(guò)一起因直流一點(diǎn)接地導(dǎo)致的變壓器重瓦斯保護(hù)誤動(dòng)作事故。

我公司第一座綜合自動(dòng)化變電站——天仙微機(jī)變電站自1999年投運(yùn)以來(lái)，一自以其穩(wěn)定、可靠的電力供應(yīng)服務(wù)于天仙片區(qū)的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活的需要。但在2005年7月，天仙站2#主變重瓦斯保護(hù)動(dòng)作跳閘，造成全部10 kV線路停電。檢修人員在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)該主變進(jìn)行測(cè)試，其絕緣電阻等技術(shù)指標(biāo)均符合要求，從而排除了變壓器內(nèi)部故障的可能性。經(jīng)分析確定，重瓦斯保護(hù)是因二次回路故障而引發(fā)的誤動(dòng)作。檢修人員拆開(kāi)瓦斯繼電器后，發(fā)現(xiàn)一重瓦斯接點(diǎn)的引出線碰殼，該點(diǎn)碰殼實(shí)際上形成了直流一點(diǎn)接地，從而引起了重瓦斯保護(hù)誤動(dòng)作。由繼電保護(hù)理論可知:發(fā)生直流一點(diǎn)接地時(shí)，保護(hù)動(dòng)作于發(fā)出信號(hào)而不能動(dòng)作于跳閘。那么，為什么天仙站主變重瓦斯保護(hù)在直流一點(diǎn)接地時(shí)會(huì)動(dòng)作于跳閘呢?

2 問(wèn)題分析

如圖1所示，重瓦斯繼電器的常開(kāi)接點(diǎn)作為開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)，由微機(jī)保護(hù)開(kāi)關(guān)量輸入通道采集到光電耦合開(kāi)關(guān)上。光耦開(kāi)關(guān)G相當(dāng)于傳統(tǒng)機(jī)電型出口繼電器的線圈，ZWS為重瓦斯繼電器的常開(kāi)接點(diǎn)，它和光耦開(kāi)關(guān)串聯(lián)后接于直流控制母線±KM之間。

(1)正常情況下，常開(kāi)接點(diǎn)ZWS斷開(kāi)，沒(méi)有電壓加到光耦開(kāi)關(guān)上，保護(hù)不動(dòng)作。

圖1 直流接地時(shí)重瓦斯保護(hù)動(dòng)作原理圖

(2)當(dāng)變壓器發(fā)生內(nèi)部故障時(shí)，重瓦斯繼電器動(dòng)作，其接點(diǎn)ZWS閉合，將直流電壓加于光耦開(kāi)關(guān)上，重瓦斯保護(hù)動(dòng)作，跳開(kāi)變壓器兩側(cè)斷路器并發(fā)出信號(hào)。

(3)當(dāng)發(fā)生直流一點(diǎn)接地時(shí)，由于各變電站都裝設(shè)了直流絕緣監(jiān)察裝置，該裝置按電橋原理構(gòu)成，電阻R1、R2為電橋的兩臂，絕緣檢查繼電器Q接于J點(diǎn)與地之間，R1等于R2。正常情況下，兩極對(duì)地絕緣電阻相等，電橋平衡，線圈Q中沒(méi)有電流流過(guò)，J點(diǎn)與地等電位，+KM與J之間的電壓為1/2直流電壓，+KM與地之間的電壓同樣為1/2直流電壓。當(dāng)發(fā)生直流一點(diǎn)接地，(如圖1中J1點(diǎn)接地時(shí))，加于光耦開(kāi)關(guān)上的電壓為直流正極+KM和J1點(diǎn)之間的電勢(shì)差。因J1點(diǎn)接地，故+KM和J1點(diǎn)之間的電勢(shì)差約為1/2直流電壓，如果光耦開(kāi)關(guān)的動(dòng)作電壓值小于1/2直流電壓，那么，重瓦斯保護(hù)將動(dòng)作于跳閘并發(fā)出信號(hào)。

3 問(wèn)題的解決措施

通過(guò)對(duì)保護(hù)動(dòng)作情況的分析可以發(fā)現(xiàn):當(dāng)發(fā)生直流一點(diǎn)接地時(shí)，重瓦斯保護(hù)是否誤動(dòng)作取決于光耦開(kāi)關(guān)動(dòng)作電壓UDZ的大小。保護(hù)規(guī)程要求:出口中間繼電器的動(dòng)作電壓應(yīng)不小于50%額定電壓，不大于70%額定電壓，即50%U額≤UDZ≤70%U額，如果 UDZ小于50%U額，那么，在發(fā)生一點(diǎn)接地時(shí)，加于繼電器線圈上的電壓為50%U額，其值大于繼電器動(dòng)作電壓，將引起保護(hù)誤動(dòng)作:如果UDZ大于70%U額，那么，當(dāng)直流電壓降低到70%額定電壓且變壓器發(fā)生內(nèi)部故障時(shí)，重瓦斯繼電器動(dòng)作使得加于出口繼電器線圈上的電壓為70%U額，其值小于繼電器動(dòng)作電壓，將引起保護(hù)拒動(dòng)。由于光耦開(kāi)關(guān)在保護(hù)的邏輯組成上所起的作用與出口中間繼電器線圈是完全相同的，故光耦開(kāi)關(guān)的動(dòng)作電壓也應(yīng)滿足相同的規(guī)程要求，其值應(yīng)為50%U額≤UDZ≤70%U額。根據(jù)以上設(shè)想，我們與微機(jī)保護(hù)設(shè)備生產(chǎn)廠家的有關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行了充分研究和交流，對(duì)微機(jī)型重瓦斯保護(hù)進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，其原理見(jiàn)圖2，具體方案如下。

圖2 重瓦斯保護(hù)優(yōu)化原理圖

(1)將重瓦斯保護(hù)光耦開(kāi)關(guān)的動(dòng)作電壓設(shè)計(jì)在50%U額與70%U額之間，實(shí)際確定為60%U額。

(2)鑒于主變壓器重瓦斯保護(hù)的重要性，根據(jù)微機(jī)保護(hù)反措規(guī)程，增設(shè)了一只電磁型繼電器Z。作為重瓦斯保護(hù)的出口繼電器，該繼電器線圈與重瓦斯繼電器的常開(kāi)接點(diǎn)ZWS串聯(lián)，直接裝設(shè)于直流控制母線±KM之間，獨(dú)立于微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)，不論微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)出現(xiàn)任何問(wèn)題(如微機(jī)保護(hù)模塊內(nèi)的電源出現(xiàn)問(wèn)題，出口小繼電器將因失去24 V電源而無(wú)法工作)，該繼電器的作用都不受影響，從而保證了主變重瓦斯保護(hù)的動(dòng)作可靠性。

4 應(yīng)用范圍

實(shí)際上，變電站所有電氣設(shè)備的開(kāi)關(guān)量都是經(jīng)微機(jī)保護(hù)開(kāi)關(guān)量輸入通道采集到光電耦合開(kāi)關(guān)上的，故不可避免地都存在直流一點(diǎn)接地而引發(fā)誤動(dòng)作、誤顯示、誤發(fā)信號(hào)的可能，如輕瓦斯保護(hù)、開(kāi)關(guān)位置狀態(tài)的顯示等，只是它們?cè)斐傻挠绊懞蛽p失相對(duì)于重瓦斯保護(hù)而言較小。如果采用提高光耦開(kāi)關(guān)動(dòng)作電壓的方案(可將光耦開(kāi)關(guān)動(dòng)作電壓提高至60%U額)，這些問(wèn)題也就能夠得到圓滿的解決。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，提高光耦開(kāi)關(guān)動(dòng)作電壓能有效避免開(kāi)關(guān)量采集回路在直流一點(diǎn)接地時(shí)誤動(dòng)作、誤顯示、誤發(fā)信號(hào)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和實(shí)際運(yùn)行證明，微機(jī)型變壓器重瓦斯保護(hù)的優(yōu)化方案能有效杜絕保護(hù)的拒動(dòng)和誤動(dòng)。該優(yōu)化方案在我司城關(guān)、城南、瞿河等5個(gè)變電站推廣應(yīng)用后，長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行情況良好，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。該優(yōu)化方案對(duì)變電站的改造、建設(shè)具有一定的指導(dǎo)和借鑒意義。