變電站主變差動保護動作跳閘的原因分析及預防策略分析

劉白愚

（貴州水投能源開發有限責任公司,貴州 貴陽 550000）

0 引言

黔中水利樞紐工程一期工程是一項水利工程,作為灌溉和為城市提供足夠的城市用水,并且同時帶有發電的功能。該項目是多個項目協調配置,作為一項大型（1）一級工程,平寨水庫壩址的流域面積為3492 km2。平寨水電站作為水源電站,是黔中水利樞紐工程,目前安裝了容量74800 kW/臺的兩臺設備。平寨水電站水輪發電機組通過普通箱式母線和升壓變壓器與梭嘎變電站110 kV母線連接。梭嘎變電站連接了兩條110 kV引出線的電路。渠首的電站的工作原理簡單,憑借灌溉的水能和城市供水來發電。從平寨水庫到電站,水通過1.13 km壓力的隧道進行傳輸。電站以10 kV一級電壓就近接入黔中施工變電站與地方電網系統連接。渠首電站2 臺機組經一臺6300 kVA三相雙圈變壓器升壓至10.5 kV通過1 回10 kV線路接入系統[1]。革寨1#泵站位于安順市雙堡鎮塘山土家院附近,該泵站屬于三級負荷；泵站設一臺6300 kVA主變壓器。革寨2#泵站由革寨水庫提水至主引水干渠,革寨2#泵站位于安順市東屯鄉革寨村（革寨水庫大壩）,泵站設一臺8000 kVA主變壓器。

1 故障發生過程

1.1 保護動作簡述

2020年08月08日19時04分01秒,平寨電站1#主變比率差動保護動作,跳開110 kV梭寨I回線路101 斷路器,跳開#1發電機組出口021 斷路器,#1機組從系統解列,1#機甩負荷停機正常。19 時04 分01 秒,#5 機組失磁保護動作,5#機組停機正常。

1.2 事件發生前平寨電站運行方式：

平寨電站1#、2#、5#機組并網發電運行,帶負荷142.4 MW。1#、5#機分別經 1#主變、4#主變升壓送至110 kV梭寨I回線路,2#機組升壓送至110 kV梭寨II回線路,110 kV母線分段運行,110 母聯斷路器處于分閘位置。

2 事件主設備情況

平寨電站兩臺SF11-90000/110、121±2×2.5%/13.8 KV三相雙線圈油浸風冷無勵磁調壓變壓器、兩臺SCB9-1250 kVA、13.8±2×2.5%/10.5 kV 廠用干式變壓器、兩臺SCB9-1000 kVA、10.5±2×2.5%/0.4 kV廠用三相雙線圈干式無勵磁調壓變壓器、兩臺SC9-400 kVA、10.5±2×2.5%/0.4 kV壩區三相雙線圈干式無勵磁調壓變壓器。在此配置下進行合理化安裝,與其它設備進行協調配合使用,組成整個變電站。革寨1#、2#泵站兩臺SC9-315 kVA、35/0.4 kV廠用干式變壓器、兩臺SC9-315 kVA、 10/0.4 kV 廠用干式變壓器。其中,發生事故的設備見表1。

表1 事故設備表

3 動作情況分析

平寨電站#1 主變保護裝置,是北京四方繼保自動化股份有限公司進行生產的,其型號為CSC-316 M型。作為數字式變壓器保護裝置,其比率差動保護定值見表2。

表2 比率差動保護定值表

事件發生后,值班人員通過在進行#1主變保護裝置檢查時發現A、B、C三相比率差動保護均動作,動作時間分別為 106 ms、112 ms和118 ms。110kVI段母線電壓和110 kV梭寨I回的電流以及部分保護開關量和斷路器位置開關量。從圖中可以看出,在19 時04 分01 秒628 毫秒時,從110 kV I段母線的零序電壓上可以看到系統感受到一個小擾動,而且從110 kV梭寨I回線路的電流也可以看出,B相電流約有減小,此擾動造成#1 主變差動保護啟動,觀察同時期的#1 發電機和#2 發電機電流均無明顯變化,所以推斷是#5 機的母線電壓或廠用等回路受到沖擊,而這個沖擊甚至影響到了#5 機的勵磁系統。因為又過了90 ms左右從110 kV梭寨I回線路的電流可以看出,三相電流均明顯增大,有效值從故障前的0.3 A左右升到了0.47 A,而110 kV母線三相相電壓從故障前的62 V左右降到故障時的54 V左右,這很明顯是機組失磁進相的表現。另外從電流與電壓的相位關系也可以看出,以110 kV梭寨I回線路A相為例,在故障前梭寨I回線路的電流與電壓基本上同相,線路送純有功；而保護跳閘之前該電流超前電壓的相角已經達到了45°,平寨電站對于系統處于進相狀態,說明有機組失磁。從110kV母線電壓也可以看出,在#1主變差動保護動作后110 kVI段母線電壓隨即消失,而此時103 斷路器是合閘的,#5 機還在運轉,110 kVI段母線的電壓應該是能維持一段時間的。由此說明#5機機端電壓早在#1變壓器差動保護動作之前就已經消失了。事后在調查過程中,將#5 生態機再次零起升長時間運行,未發現勵磁系統明顯的故障,因此判斷#5機勵磁系統受到的是一個瞬時的短路擾動導致機組失磁。但具體原因有待將來運行檢驗繼續探究。

4 存在的問題

設計單位失誤,漏將4#主變高壓側103 斷路器的TA電流引入#1主變壓器 CSC-316 M差動保護裝置,沒有接入#1主變保護聯跳103 斷路器的出口回路。

5 整改措施

5.1 臨時整改措施

鑒于當前平寨水庫水位已逼近高水位,當前水位 1330 m,距離防汛最高水位1 m,空庫容2200 萬m3,當前不發生降雨情況下,預計6 天后開始棄水。建議：把4 B主變高壓側送至110 kV梭寨I回母線支路103 斷路器斷開,#4主變停運,確保1 B主變運行不受影響,該運行方式下不影響電網運行安全,不影響平寨電站機電設備安全運行[2]。

5.2 永久解決措施

正在對接設計單位,待設計單位提供整改方案后電站組織進行審查再開展相關工作,預計兩個月內完成,未完成整改前#4主變不投入運行,整改完成后,平寨電站編制整改報告報貴部審查。

5.3 日常巡檢

對主要設備和尤其是剛進入使用的設備,在日常工作中要進行詳細的檢查,特別是對電容器組以及SVC進行特別的檢測,并在正式使用前測量SVC電抗器的相序。

5.4 人員問題

作為電氣工作者,總結這次事故的經驗和教訓,并在未來的類似工作中集中精力進行預防,這一點更為重要。為了獲得所有重要的保護,要堅決根據有效的操作方法進行檢查,并根據圖紙檢查現場的一次和二次設備,以確保每個電路正確。解決短時間內或正常情況下發現不了的隱患,為以后的正常使用和日常修護建立下便捷和良好的前提,堅決制止此類事故的出現,從源頭進行解決,進而對電網的維護和安全使用提供積極的作用。

6 結語

供電設備的安全工作會對生活產生重要的影響,當下水電供電設備中真實存在著供配電系統設計不合理,運行安全可靠性低,跳閘故障頻繁等一系列問題。通過對這些問題的研究探討,根據這些問題去找尋相應的解決辦法,以此為增加供電系統的安全,為安全供電提供有效的積極作用。及時發現設備的問題,減少發生臨時狀況的情況,盡早做好相應的解決措施,為設備的正常工作保駕護航。