3、4號(hào)主變空載態(tài)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳閘分析

劉夢(mèng)迪，馬錦彪

（國(guó)網(wǎng)新源控股有限公司潘家口蓄能電廠，河北 唐山 064300）

1 引言

某電廠3號(hào)機(jī)組檢修期間進(jìn)水口快速門提升充水平壓過程中，通氣孔下口位置距離充水閥出口位置較近，當(dāng)充水閥打開時(shí)，水呈射流狀噴到通氣孔下沿，在通氣孔進(jìn)口處形成水簾，對(duì)通氣孔排氣存在一定的阻擋，閘門底部至充水閥處由于充水閥水流的遮蓋作用存在一定量的氣體無法順利通過通氣孔排出，當(dāng)水充滿鋼管后，水流遮蓋作用減小，氣泡跟隨著水流進(jìn)入通氣孔接近水面時(shí)破裂產(chǎn)生的浪涌從通氣孔處噴出，噴出的水濺落在3號(hào)、4號(hào)主變高壓側(cè)裸露母線上，3號(hào)、4號(hào)主變高壓側(cè)引線接地，導(dǎo)致3、4號(hào)主變差動(dòng)速斷保護(hù)動(dòng)作。

2 故障現(xiàn)象描述

3號(hào)機(jī)組檢修期間進(jìn)水口快速門提升充水平壓過程中通氣孔噴水造成3號(hào)、4號(hào)主變空載態(tài)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳閘。

故障前運(yùn)行方式：潘遵Ⅰ回線、潘遵Ⅱ回線經(jīng)母聯(lián)開關(guān)聯(lián)絡(luò)運(yùn)行；四母線帶4號(hào)主變運(yùn)行，五母線帶2號(hào)主變、3號(hào)主變運(yùn)行。廠用電系統(tǒng)：4號(hào)主變帶廠用電Ⅱ段，廠用分段運(yùn)行。機(jī)組：2號(hào)機(jī)組停機(jī)態(tài)、3號(hào)機(jī)組檢修態(tài)、4號(hào)機(jī)組停機(jī)態(tài)。

故障后運(yùn)行方式：潘遵Ⅰ回線、潘遵Ⅱ回線經(jīng)母聯(lián)開關(guān)聯(lián)絡(luò)運(yùn)行；五母線帶2號(hào)主變運(yùn)行,3號(hào)主變退出運(yùn)行，4號(hào)主變退出運(yùn)行。廠用電系統(tǒng)：1號(hào)主變帶廠用電全段運(yùn)行。機(jī)組：2號(hào)機(jī)組停機(jī)態(tài)、3號(hào)機(jī)組檢修態(tài)、4號(hào)機(jī)組停機(jī)態(tài)。

相關(guān)監(jiān)控信息如下：

21-09-08 08：40：35，操作人員開始進(jìn)行 3 號(hào)機(jī)組快速門提門操作；

21-09-08 08：58：35，將快速門充水閥提升到了145 mm進(jìn)行鋼管充水；

21-09-08 09：08：16，P20盤母差保護(hù) 4母電壓開放報(bào)警動(dòng)作；

21-09-08 09：08：16，P20盤母差保護(hù) 5母電壓開放報(bào)警動(dòng)作；

21-09-08 09: 09: 16，4號(hào)主變差動(dòng)速斷保護(hù)動(dòng)作跳閘；

21-09-08 09: 09: 34，3號(hào)主變差動(dòng)速斷保護(hù)動(dòng)作跳閘。

3 故障檢查分析

收集現(xiàn)場(chǎng)信息并檢查4號(hào)主變保護(hù)盤動(dòng)作及報(bào)警信號(hào)，4號(hào)主變保護(hù)裝置現(xiàn)場(chǎng)檢查主變2套差動(dòng)速斷保護(hù)動(dòng)作跳閘，高壓側(cè)相間后備保護(hù)啟動(dòng)，主變高壓側(cè)開關(guān)失靈保護(hù)啟動(dòng)，低壓側(cè)接地后備啟動(dòng)，保護(hù)裝置及機(jī)組故障錄波器內(nèi)部信息如表1，波形圖如圖 1、圖 2、圖 3、圖 4。

圖4 3號(hào)主變差動(dòng)速斷保護(hù)動(dòng)作電流波形

表1 4號(hào)主變保護(hù)4UPP2 動(dòng)作記錄

圖1 4號(hào)主變差動(dòng)速斷保護(hù)動(dòng)作主變高壓側(cè)電流波形

圖2 4號(hào)主變高壓側(cè)電壓波形

圖3 4號(hào)故障錄波器高壓側(cè)電流電壓波形

3號(hào)主變保護(hù)裝置現(xiàn)場(chǎng)檢查主變2套差動(dòng)速斷保護(hù)動(dòng)作跳閘，高壓側(cè)相間后備保護(hù)啟動(dòng)，主變高壓側(cè)開關(guān)失靈保護(hù)啟動(dòng)，低壓側(cè)接地后備啟動(dòng)，保護(hù)裝置及機(jī)組故障錄波器內(nèi)部信息及波形圖如表2：

表2 3號(hào)主變保護(hù)3UPP2 動(dòng)作記錄

圖5 3號(hào)主變差動(dòng)速斷保護(hù)動(dòng)作電壓波形

圖6 3號(hào)故障錄波器高壓側(cè)電流電壓波形

2次故障均產(chǎn)生較高零序電流及零序電壓，如為兩相故障則不應(yīng)有零序電壓故障量，因此排除不同設(shè)備間不同相兩相故障。根據(jù)保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)間分析，2次保護(hù)動(dòng)作相差18 s，且保護(hù)對(duì)時(shí)正常，因此排除不同設(shè)備間不同相間接地故障。因此最終可以判定此次故障分別為4號(hào)主變高壓側(cè)C相單相接地故障、3號(hào)主變高壓側(cè)A相單相接地故障。

4 故障處理過程

事件發(fā)生后，運(yùn)維人員立即收集相關(guān)信息，對(duì)3、4號(hào)主變保護(hù)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行排查，檢查是否存在保護(hù)誤動(dòng)，檢查主變消防系統(tǒng)是否啟動(dòng)主變噴淋，監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行是否正常。

檢查4號(hào)主變保護(hù)運(yùn)行正常，對(duì)差動(dòng)速斷保護(hù)回路檢查及保護(hù)校驗(yàn)正常，通過保護(hù)錄波及故障錄波分析4號(hào)主變高壓側(cè)C相電壓瞬間降低、電流明顯增大。通過保護(hù)裝置調(diào)取波形C相電流二次有效值達(dá)到68.668 A，單相差流超過主變差動(dòng)速斷保護(hù)啟動(dòng)定值（6Ie即13.122 A）從而導(dǎo)致差動(dòng)速斷保護(hù)動(dòng)作，差動(dòng)速斷保護(hù)正確動(dòng)作。檢查3號(hào)主變保護(hù)運(yùn)行正常，對(duì)差動(dòng)速斷保護(hù)回路檢查及保護(hù)校驗(yàn)正常，通過保護(hù)錄波及故障錄波分析3號(hào)主變高壓側(cè)A相電壓瞬間降低、電流明顯增大。通過保護(hù)裝置調(diào)取波形A相電流二次有效值達(dá)到71.487 A，單相差流超過主變差動(dòng)速斷保護(hù)啟動(dòng)定值（6Ie即13.122 A）從而導(dǎo)致差動(dòng)速斷保護(hù)動(dòng)作，差動(dòng)速斷保護(hù)正確動(dòng)作。監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行正常，監(jiān)控系統(tǒng)流程及控制邏輯正常，消防系統(tǒng)未啟動(dòng)主變消防噴淋。檢查現(xiàn)場(chǎng)有噴水跡象，查看工業(yè)電視監(jiān)控錄像為通氣孔（起到一定的調(diào)壓作用）噴水，判斷噴水造成3、4號(hào)主變高壓側(cè)接地。

有關(guān)曲線照片如圖7、圖8、圖9可以證明以上分析。

圖7 蝸殼壓力曲線

圖8 快速門開度曲線

圖9 快速門現(xiàn)場(chǎng)開度指示（單位mm，充水閥全開顯示250 mm，閘門全關(guān)＜100 mm，閘門全開8 000 mm。）

圖10 快速門開度與蝸殼壓力圖

圖11 通氣孔噴水過程示意圖

圖12 現(xiàn)場(chǎng)水跡

上游水位為224.2 m，超汛限水位2.2 m，快速門提門過程中壓力鋼管充水平壓難度增大；通過查閱蓄能機(jī)組原始設(shè)計(jì)資料通氣孔按照經(jīng)驗(yàn)值進(jìn)行設(shè)計(jì)，通氣孔面積1.13 m2，依據(jù)《水電站調(diào)壓室設(shè)計(jì)規(guī)范》，參照阻抗式調(diào)壓室第5.3.2條阻抗孔設(shè)計(jì)規(guī)范，阻抗孔面積為壓力引水道或壓力尾水道斷面的25%~45%為宜，初步計(jì)算，現(xiàn)有通氣孔面積為壓力鋼管斷面面積（24.617 6 m2）的4.6%，初步懷疑通氣孔無法滿足要求。另外，通氣孔下口位置距離充水閥出口位置較近，當(dāng)充水閥打開時(shí)，水呈射流狀噴到通氣孔下沿，在通氣孔進(jìn)口處形成水簾，對(duì)通氣孔排氣存在一定的阻擋，閘門底部至充水閥處由于充水閥水流的遮蓋作用存在一定量的氣體無法順利通過通氣孔排出，當(dāng)水充滿鋼管后，水流遮蓋作用減小，氣泡跟隨著水流進(jìn)入通氣孔接近水面時(shí)破裂產(chǎn)生的浪涌從通氣孔處噴出，噴出的水濺落在3、4號(hào)主變高壓側(cè)裸露母線上，3、4號(hào)主變高壓側(cè)引線接地，導(dǎo)致3、4號(hào)主變差動(dòng)速斷保護(hù)動(dòng)作，2203開關(guān)、2204開關(guān)跳閘。事故后處理，檢查主變本體及引線未發(fā)現(xiàn)異常；取主變油樣進(jìn)行色譜檢測(cè)分析檢測(cè)結(jié)果合格；聯(lián)系調(diào)度進(jìn)行主變送電操作正常。

5 防范措施

研究制定從根源上解決通氣孔噴水問題的方案，主要包括4種方案：①將充水閥改造成針閥形式，方便控制充水閥過流量；②將充水閥出口高度下移至閘門中下部分，充水閥流出水量達(dá)不到通氣口高度，無法形成水柱封鎖通氣孔，通氣孔暢通情況下壓力鋼管內(nèi)部空氣能及時(shí)排除，消除噴水風(fēng)險(xiǎn)；③將快速閘門整體改造，將充水閥位置改為兩端出水，與通氣孔不在同一水平線內(nèi)；④現(xiàn)在充水閥直徑較大，將充水閥內(nèi)部焊接擋板，減少出水量，通過控制出水量減緩充水速率。通過以上整改方案，3號(hào)、4號(hào)主變保護(hù)跳閘問題得到解決。