1000kv1號主變壓器空充跳閘事件分析

1000kv1號主變壓器空充跳閘事件分析

0系統(tǒng)運行面臨的問題1000kv晉東南-南陽-荊門高壓交流試驗示范工程是中國第一個高壓工程，也是世界第一個長期運行的特高壓工程。受試包于2008年12月29日22點。2008年12月，示范工程完成，六個橫道和四個橫道的特高壓電網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃。因此，實驗示范項目的建設(shè)和運營的成功，對后續(xù)特高壓電網(wǎng)的建設(shè)產(chǎn)生了重大影響。在系統(tǒng)調(diào)試過程中,荊門站1000kV1號主變壓器發(fā)生過空充跳閘。筆者分析了主變壓器調(diào)壓補償變二套保護裝置誤動作的原因,并提出相應(yīng)的改進措施。1變壓器統(tǒng)一壓壓機裝置在空充回復(fù)使用第1套保護裝置5.2008年12月30日,荊門站進行特高壓系統(tǒng)第2階段的調(diào)試工作,在進行人工短路試驗前的方式調(diào)整時,需要對1000kV1號主變壓器進行充電,操作前系統(tǒng)的運行狀態(tài):百萬伏特高壓開關(guān)在熱備用狀態(tài);500kV荊斗I、II、III線在運行狀態(tài),變壓器500kV側(cè)5011、5012開關(guān)在熱備用狀態(tài)。07時09分,調(diào)試總指揮下令合上5011開關(guān)對主變壓器空充時,1000kV1號主變壓器調(diào)壓補償變第1套保護裝置SGT756和第2套保護裝置RCS978C動作,跳開5011開關(guān)?，F(xiàn)場檢查1000kV1號主變壓器及其調(diào)壓補償變外觀無異常,差動保護范圍內(nèi)一次設(shè)備無故障跡象,瓦斯取氣盒無瓦斯氣體,二次設(shè)備運行正常?，F(xiàn)場檢查5011開關(guān)三相跳開正常,500kV荊斗I、II、III線運行正常。同時對故障錄波、保護軟件及定值進行了分析時,發(fā)現(xiàn)在故障錄波顯示,當(dāng)合上5011開關(guān)后,調(diào)壓補償變差流波形呈現(xiàn)出明顯的勵磁涌流現(xiàn)象。在1號主變壓器一次、二次設(shè)備檢查均正常的情況下,國調(diào)下令重新投入空載變壓器,運行人員合上5011開關(guān),1號主變壓器充電正常。2補償變保護及變保護1000kV變壓器保護包括主體變保護、調(diào)壓變及補償變保護。主體保護由RCS-978HB和SGT756雙重化配置,采用主后一體,主保護和后備保護采用同一套保護裝置實現(xiàn)。2.1變壓器測試結(jié)果調(diào)壓變及補償變裝設(shè)差動保護,以保護調(diào)壓變及補償變繞組的匝間短路及接地短路。特高壓變壓器采用中性點調(diào)壓方式,這主要是由變壓器的自身特點來決定。1000kV級變壓器首先應(yīng)該考慮的是絕緣問題。如荊門站主變的變比為:(1050/姨3)/525/[姨3×(1±4×1.25%)]/110kV,如采用線端調(diào)壓方式,則調(diào)壓裝置的絕緣水平要求很高,其可靠性是難以保證的。主變和調(diào)壓補償變的連接見圖1,特高壓變壓器調(diào)壓方式見圖2,其中SV、CV、LV、TV、EV、LE、LT分別代表串聯(lián)繞組、公共繞組、低壓繞組、調(diào)壓繞組、勵磁繞組、低壓勵磁繞組、低壓補償繞組。這種調(diào)壓方式的最大優(yōu)點是調(diào)壓繞組和調(diào)壓裝置的電壓低,絕緣要求低,制造工藝易實現(xiàn),整體造價低。調(diào)壓變壓器與主變壓器通過硬銅母線連接。調(diào)壓補償變由共用一個油箱的調(diào)壓器和低壓電壓補償器兩部分構(gòu)成,調(diào)壓變壓器的勵磁線圈與主體變的低壓線圈并聯(lián),低壓電壓補償器的勵磁線圈與調(diào)壓線圈并聯(lián),補償線圈與主體變的低壓線圈串聯(lián)。為了保證主變運行的可靠性和維護的方便,當(dāng)調(diào)壓部分出問題時,若調(diào)壓變在額定分接,主體變可與調(diào)壓補償變解開,單獨運行。主體變和調(diào)壓補償變聯(lián)合運行方式下,調(diào)壓變和補償變占整個變壓器的匝數(shù)相對較少,兩者匝對匝間的電壓相對于主變壓器來說也很小,當(dāng)調(diào)壓變或者補償變發(fā)生輕微匝間故障情況下,折算到整個變壓器來說會更加輕微,保護范圍為整個變壓器的差動保護很難在這種情況下動作。在北京中國電科院進行1000kV變壓器保護動模試驗時,調(diào)壓變25%匝間故障時的最大差流波形見圖3。從圖3波形可看出,即使調(diào)壓變發(fā)生25%的匝間故障,保護范圍為整個變壓器的差動保護感受到的差電流幅值也僅為0.47Ie,當(dāng)調(diào)壓變短路匝比繼續(xù)下降之后,差動保護甚至不能夠起動,因此必須為調(diào)壓補償變單獨配置差動保護,以具備切除調(diào)壓變高壓繞組3%及以上匝間短路故障的能力,同時具備切除補償變高壓繞組5%及以上匝間短路故障的能力。特高壓交流工程的設(shè)備均為首臺首套,為確保設(shè)備的安全穩(wěn)定運行,正常運行時主變的分接頭在3檔,即538kV處。但是,在系統(tǒng)調(diào)試過程中,需進行滿負荷試驗,為提高系統(tǒng)穩(wěn)定裕度,需將分接頭調(diào)回5檔即525kV處。1000kV變壓器空載電流為0.073%額定電流,可求得變壓器的空載勵磁電流約為2.4083A,變壓器額定勵磁時,鐵心的磁通基本接近飽和拐點。荊門站施工單位在調(diào)整完分接頭后,進行直流電阻測試時,未解開主變套管與調(diào)壓變套管之間的引線,為縮短測試時間,采用的電流為10A。因此,直流電阻測試時,變壓器鐵心中的磁場已飽和,直流電阻測量結(jié)束后,變壓器鐵心中的剩磁較大。充電時調(diào)壓變的差流見圖4,A、B相出現(xiàn)了明顯的勵磁涌流波形,含有高次諧波;波形出現(xiàn)了明顯的間斷,波形峰值越大,間斷角越明顯;含有大量的非周期分量,使涌流偏向時間軸的一側(cè)。然而C相的電流波形不同于常規(guī)的勵磁涌流波形,其幅值大于A、B相勵磁涌流的幅值,且勵磁涌流波形特征不明顯。2.2差動保護試驗波形對稱原理是將濾直后的差流波形的前半周和后半周進行對稱性比較判斷半個周波中(24個點)波形的對稱點數(shù),當(dāng)對稱點數(shù)滿足條件時,開放波形對稱差動保護。波形對稱原理為分相閉鎖。差動電流要濾除直流分量。通過保護裝置測得,調(diào)壓變?nèi)嗖盍鞯牟粚ΨQ點數(shù)見表1。差流啟動半個周波后,開始計算、判斷半個周波中(24個點)波形的不對稱點數(shù),式(1)即為波形分析制動判據(jù)。半個周波中波形的不對稱點數(shù)大于10,則判為勵磁涌流。如表1所示,在空投變壓器后,C相差流濾直后,不對稱點數(shù)才達到6點,低于門檻點數(shù)10,且C相涌流幅值較大,導(dǎo)致波形對稱未能閉鎖差動保護,保護動作出口。2.3次諧波鎖定定制整為5.合空變后,A相差動電流二次諧波含量約為21%~25%,B相二次諧波含量約為38%~40%,C相二次諧波含量從合空變后到開關(guān)跳開大致為2.5%~6.8%,一直低于閉鎖值。RCS-978C變壓器保護裝置采用的是二次諧波分相閉鎖原理,二次諧波閉鎖定制整定為15%。A相和B相差動電流的二次諧波含量都大于閉鎖定值,而C相差動電流的二次諧波含量低于閉鎖定值,因而差動保護C相滿足動作條件,保護發(fā)跳閘信號。根據(jù)上述分析可知,此次保護誤動作的原因是:由于分接頭調(diào)整后,大電流直阻試驗后變壓器鐵心中剩磁較大。同時特高壓變壓器采用中性點調(diào)壓方式,或稱變磁通調(diào)壓,當(dāng)分接頭從1變到9時,調(diào)壓變鐵心中的主磁通從-0.5T變化到0.5T。在調(diào)壓過程中,小變壓器必須經(jīng)過較大幅度的調(diào)壓,才能帶來大變壓器電壓微小的變化。這樣就必然要求調(diào)壓變壓器的調(diào)壓范圍非常大,遠遠的超過了一般變壓器的20%左右的調(diào)壓范圍。并且由于其調(diào)壓機構(gòu)開關(guān)的特殊性,在調(diào)壓過程中,兩側(cè)電流的相對極性也會發(fā)生變化。因此,該剩磁對調(diào)壓變壓器差動的影響較復(fù)雜。3處理方法3.1直流電源測量采用小容量的直流電源進行測量,盡可能地減少調(diào)壓變繞組上的剩磁。在保證繞組直流電阻測量精度的前提下,首先采用1A直流電源進行測量。如不能保證測量精度,可增加測量電流最大至2.5A。進行調(diào)壓補償變的直阻試驗時,需斷開主變套管與調(diào)壓變補償套管、調(diào)壓補償變與110kV管母線之間的引線。3.2消磁試驗接線為徹底消除剩磁對調(diào)壓補償變充電的影響,在運行中調(diào)整變壓器分接頭后,必須進行消磁工作,才能對變壓器充電。具體實施方法如下:1)3X、a、2X套管與主變斷開,x、X套管與110kV母線斷開,在調(diào)壓補償變3X和X套管上接好試驗線,去磁試驗接線圖見圖5。2)設(shè)定消磁電流為2.5A,與測量直流電阻時的電流一致。3)確認消磁電流與消磁次數(shù)是否一致。4)按“開始”鍵,去磁裝置會在繞組中通以交變的、峰值不斷降低的電流。5)當(dāng)去磁電流峰值為0.1A時,消磁工作完成。3.3把變壓器打造成沖擊合閘涌流,增加了回分點a1號調(diào)壓補償變保護1(SGT756)加大了涌流閉鎖力度,將二次諧波和波形對稱兩種閉鎖原理由原來的與門制動改為或門制動,即只要有一種原理滿足判據(jù)就閉鎖涌流。1號調(diào)壓補償變保護2(RCS978C3)則做了如下改變:裝置檢測到變壓器空投的情況下,自適應(yīng)的投入200ms的“三取二”閉鎖方式,200ms過后自動切換回分相閉鎖方式。即:裝置突然通入電流,當(dāng)任兩相差流的二次諧波大于閉鎖定值時,則閉鎖比率差動保護200ms,200ms后切換回分相閉鎖方式。采取上述改進的方法后,2009年1月進行特高壓交流試驗示范工程系統(tǒng)調(diào)試補充試驗過程中,在進行長治站斷路器單相分合試驗、南陽站斷路器單相分合試驗時,長治、荊門站特高壓主變分接頭在,在進行長南I線人工短路接地試驗,長治站1000kV變壓器分接頭在;荊門站1000kV變壓器分接頭在。在調(diào)整分接頭后,均采用上述方法進行了直阻試驗和消磁工作,調(diào)壓變的三相差流見圖6,與圖4相比,可看出,具有較大剩磁的變壓器,其沖擊合閘涌流出現(xiàn)較大幅值的概率較經(jīng)過消磁試驗的變壓器大很多。這主要由于變壓器的合閘涌流除與鐵心剩磁有關(guān)外,還與沖擊合閘時的相角以及斷路器是否帶有合閘電阻等有關(guān),如換流變壓器斷路器就帶有合閘電阻,能很好地限制勵磁涌流。4特高壓變壓器采