海上平臺(tái)一起電力變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)跳閘故障原因剖析

周 洋，陳永強(qiáng)

(中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司遼東作業(yè)公司 天津 300457)

0 引 言

變壓器是目前電力系統(tǒng)中大量使用到的設(shè)備，一般需要為其安裝縱聯(lián)差動(dòng)繼電保護(hù)器，縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)一般用來(lái)保護(hù)變壓器線圈及引出線上發(fā)生的相間短路和大電流接地系統(tǒng)中的單相接地短路。對(duì)于變壓器線圈的匝間短路等內(nèi)部故障，通常可以用作后備保護(hù)。本文主要對(duì)某海洋石油生產(chǎn)平臺(tái)一起電力變壓器差動(dòng)保護(hù)故障原因進(jìn)行了分析，希望可以為相關(guān)工作人員提供一定的參考。

1 故障現(xiàn)象

1.1 電網(wǎng)運(yùn)行基本狀況

海上石油平臺(tái)供電系統(tǒng)采用IT系統(tǒng)，如圖1所示，其相關(guān)設(shè)備參數(shù)如下：1號(hào)變壓器額定變比為35 kV/6.3 kV，額定容量2 500 kVA，接線組別 DY11，阻抗百分?jǐn)?shù)7%，此變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的保護(hù)CT(35 kV高壓側(cè))額定變比為100∶1，差動(dòng)CT(6.3 kV低壓側(cè))額定變比為600∶1，均為星型連接；6號(hào)變壓器額定變比為0.4 kV/2 kV，額定容量315 kVA，接線組別DY11，阻抗百分?jǐn)?shù)6%，此時(shí)電網(wǎng)潮流有功功率為738 kW，無(wú)功功率為227 kVA。

1.2 故障現(xiàn)象

當(dāng)合閘ACB6開(kāi)關(guān)對(duì)6號(hào)變壓器一次側(cè)進(jìn)行送電時(shí)，導(dǎo)致1號(hào)斷路器VCB1開(kāi)關(guān)保護(hù)動(dòng)作分閘(變壓器35/6.3 kV一次側(cè)開(kāi)關(guān))，引發(fā)失電。通過(guò)調(diào)取VB1開(kāi)關(guān)柜繼電保護(hù)器相關(guān)記錄及報(bào)警信息進(jìn)行確認(rèn)，確定為差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。從報(bào)警信息中顯示差動(dòng)電流A相：0.64 Iref(Iref為基準(zhǔn)電流，取變壓器低壓二次側(cè)額定電流)，B和C相均為0 Iref；制動(dòng)電流A相：1.041 Iref，B相為0.311 Iref，C相為0.307 Iref。其數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 VB1開(kāi)關(guān)柜跳閘時(shí)繼電保護(hù)器相關(guān)記錄Tab.1 Relay protector record when tripping of VB1 switchgear

根據(jù)電網(wǎng)在線檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示，跳閘前1號(hào)變壓器高壓側(cè)實(shí)際運(yùn)行電流為三相電流均為14 A，低壓側(cè)實(shí)際運(yùn)行電流均為84 A；但繼電保護(hù)器監(jiān)測(cè)到的高壓側(cè)運(yùn)行數(shù)據(jù)為A相電流5 A，B相及C相電流為14 A，低壓側(cè)運(yùn)行與實(shí)際運(yùn)行電流相符；二次側(cè)差動(dòng)電流為A相0.244 Iref、B相0.008 Iref、C相0.005 Iref，二次側(cè)制動(dòng)電流為A相0.235 Iref、B相0.345 Iref、C相0.368 Iref，見(jiàn)表2。

表2 VB1開(kāi)關(guān)柜跳閘前相關(guān)記錄Tab.2 Relevant records before tripping of VB1 switchgear

2 故障分析

2.1 故障初步分析

當(dāng)合閘ACB6開(kāi)關(guān)對(duì)6號(hào)變壓器一次側(cè)進(jìn)行送電時(shí)，引發(fā)越級(jí)跳閘，導(dǎo)致1號(hào)斷路器VCB1開(kāi)關(guān)差動(dòng)保護(hù)分閘。本次事故看似是由于空載6號(hào)變壓器導(dǎo)致停電，但是由于VCB1開(kāi)關(guān)柜差動(dòng)保護(hù)的對(duì)象為1號(hào)變壓器，6號(hào)變壓器不在差動(dòng)保護(hù)范圍內(nèi)，即對(duì)6號(hào)變壓器一次側(cè)進(jìn)行送電應(yīng)該不會(huì)引起VCB1開(kāi)關(guān)柜差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，另外對(duì)6號(hào)變壓器進(jìn)行送電，引發(fā)VCB1開(kāi)關(guān)動(dòng)作，跳躍4級(jí)分閘也不太合理，所以單純從6號(hào)變壓器存在問(wèn)題考慮此次停電事故較為片面，應(yīng)首先從VB1開(kāi)關(guān)柜差動(dòng)保護(hù)跳閘原因進(jìn)行分析。

根據(jù)VB1開(kāi)關(guān)柜繼電保護(hù)器報(bào)警記錄及實(shí)際工況進(jìn)行初步分析，跳閘前繼電保護(hù)器測(cè)量的變壓器高壓側(cè)運(yùn)行電流與實(shí)際運(yùn)行不一致，且繼電保護(hù)器顯示的A相差動(dòng)電流、制動(dòng)電流存在明顯異常；跳閘時(shí)繼電保護(hù)器顯示的A相差動(dòng)電流、制動(dòng)電流同樣存在異常。針對(duì)此種情況，初步懷疑故障如下：

①1號(hào)變壓器發(fā)生內(nèi)部故障，引發(fā)差動(dòng)保護(hù)跳閘；

②A相高壓二次側(cè)線路存在故障，導(dǎo)致繼電器無(wú)法檢測(cè)真實(shí)運(yùn)行電流，從而引起繼電器檢測(cè)電流與實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)不一致；

③A相高壓側(cè)CT出現(xiàn)故障，導(dǎo)致繼電器無(wú)法檢測(cè)真實(shí)運(yùn)行電流，從而引起繼電器檢測(cè)電流與實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)不一致；

④繼電保護(hù)器出現(xiàn)運(yùn)算錯(cuò)誤，導(dǎo)致A相差動(dòng)電流、制動(dòng)電流計(jì)算值存在異常；

⑤繼電保護(hù)器的保護(hù)整定可能存在問(wèn)題，導(dǎo)致誤動(dòng)作。

根據(jù)以上5個(gè)方面進(jìn)行問(wèn)題分析、現(xiàn)場(chǎng)檢查追溯問(wèn)題所在：

①將1號(hào)變壓器進(jìn)行電氣隔離，對(duì)1號(hào)變壓器外觀、繞組直流電阻、繞組絕緣電阻、吸收比、交流耐壓試驗(yàn)、合閘沖擊試驗(yàn)進(jìn)行檢查，但并未發(fā)現(xiàn)異常情況。

②對(duì)A相高壓側(cè)二次回路進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)二次回路CT出線與地線被短接片短接，導(dǎo)致其二次側(cè)接地故障。由于該生產(chǎn)平臺(tái)采用IT供電系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)生單相接地后，故障電流為容性電流。根據(jù)相關(guān)公式可以算出流出A相高壓側(cè)二次回路電流為0.14 A，接地故障電流為0.09 A，流入繼電保護(hù)器電流為0.05 A，通過(guò)繼電保護(hù)器換算成A相一次側(cè)電流為5 A，與高壓側(cè)實(shí)際運(yùn)行電流14 A有差異，表明繼電保護(hù)器測(cè)量的高壓側(cè)電流與高壓側(cè)實(shí)際運(yùn)行電流不符是由于二次側(cè)接地故障所致。

接地故障電流計(jì)算公式：

式中：S為電纜芯線的標(biāo)稱截面，mm2；Ur為線路額定線電壓，kV；L為線路長(zhǎng)度，km；Ic為接地電容電流，A。

VCB1開(kāi)關(guān)柜1 A相高壓側(cè)二次回路接線圖和故障點(diǎn)如圖2所示。

③對(duì)VCB1開(kāi)關(guān)柜A相CT進(jìn)行檢查，也未發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。

④根據(jù)繼電保護(hù)器檢測(cè)到的運(yùn)行電流數(shù)據(jù)及相關(guān)計(jì)算公式分析，A相差動(dòng)電流、制動(dòng)電流計(jì)算數(shù)據(jù)與繼電保護(hù)器記錄信息一致，表明繼電保護(hù)器不存在運(yùn)算問(wèn)題。

差動(dòng)電流計(jì)算公式：

式中：Id為互感器二次側(cè)差動(dòng)電流，A；Ires為互感器二次側(cè)制動(dòng)電流，A；Im為高壓側(cè)互感器二次電流，A；In為低壓側(cè)互感器二次電流，A。

結(jié)合變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)整定國(guó)家相關(guān)規(guī)范計(jì)算要求及電網(wǎng)相關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)行跳閘可能性分析，其整定曲線如圖3所示。

各項(xiàng)數(shù)據(jù)結(jié)合整定結(jié)果相對(duì)比，可以得出跳閘前三相電流均在保護(hù)整定的不動(dòng)作區(qū)域，不會(huì)引起差動(dòng)保護(hù)跳閘；跳閘時(shí)A相處于動(dòng)作區(qū)，引發(fā)差動(dòng)保護(hù)分閘，故VB1開(kāi)關(guān)柜差動(dòng)保護(hù)整定也不存在問(wèn)題。

2.2 深度原因分析

根據(jù)此前研究分析可以得出，由于VCB1開(kāi)關(guān)柜A相高壓側(cè)二次回路發(fā)生了接地故障及受到實(shí)際工況因素影響，使差動(dòng)電流值變大，但沒(méi)有達(dá)到跳閘條件，未引起差動(dòng)保護(hù)跳閘，但空載合閘6號(hào)變壓器時(shí)發(fā)生VCB1開(kāi)關(guān)保護(hù)跳閘，其可能原因如下：

①由于VCB1開(kāi)關(guān)柜A相高壓側(cè)二次回路發(fā)生了接地故障，使差動(dòng)電流值接近于繼電保護(hù)動(dòng)作電流整定限值，當(dāng)空載合閘6號(hào)變壓器時(shí)，由于6號(hào)變壓器產(chǎn)生勵(lì)磁涌流及諧波影響，其產(chǎn)生的勵(lì)磁涌流最大可達(dá)變壓器額定的電流8～10倍，并且?guī)в泻艽蟮母叽沃C波分量(主要是二次和三次諧波)，導(dǎo)致1號(hào)變壓器不平衡電流加劇，從而引起1號(hào)開(kāi)關(guān)柜VB1差動(dòng)故障跳閘。

②當(dāng)空載合閘6號(hào)變壓器時(shí)，變壓器發(fā)生匝間短路，且VCB1出線各級(jí)斷路器整定缺陷均無(wú)法保護(hù)跳閘，導(dǎo)致1號(hào)變壓器不平衡電流加劇，從而引起1號(hào)開(kāi)關(guān)柜VB1差動(dòng)故障跳閘。

③當(dāng)空載合閘6號(hào)變壓器時(shí)，變壓器發(fā)生相間短路，且VCB1出現(xiàn)各級(jí)斷路器整定缺陷均無(wú)法保護(hù)跳閘，導(dǎo)致1號(hào)變壓器不平衡電流加劇，從而引起1號(hào)開(kāi)關(guān)柜VB1差動(dòng)故障跳閘。

針對(duì)上述情況進(jìn)行問(wèn)題排查，對(duì)變壓器絕緣、直阻進(jìn)行測(cè)量及耐壓試驗(yàn)測(cè)試，均未發(fā)現(xiàn)異常狀況，對(duì)各級(jí)VCB6整定值進(jìn)行排查，也未發(fā)現(xiàn)整定缺陷，可見(jiàn)原因①是引起越級(jí)跳閘的主要原因。

3 結(jié)論及警示

1號(hào)變壓器A相縱聯(lián)差動(dòng)電流互感器二次側(cè)出線由于被短接片短接，存在錯(cuò)誤接線，導(dǎo)致該相發(fā)生接地故障，雖然并未跳閘，但使差動(dòng)電流值接近于繼電保護(hù)動(dòng)作電流整定限值；當(dāng)空載合閘6號(hào)變壓器時(shí)，由于6號(hào)變壓器產(chǎn)生勵(lì)磁涌流諧波的影響，導(dǎo)致1號(hào)變壓器不平衡電流加劇，從而引起1號(hào)開(kāi)關(guān)柜VB1差動(dòng)故障跳閘。

對(duì)此次保護(hù)跳閘事件進(jìn)行剖析的啟示：故障排查時(shí)應(yīng)當(dāng)更多地注意海上平臺(tái)供電系統(tǒng)的特殊性，結(jié)合對(duì)報(bào)警數(shù)據(jù)的深入分析，才能找出問(wèn)題癥結(jié)所在?！?/p>