沙晟田
(國網(wǎng)天津電力檢修公司,天津300000)
電力施工建設(shè)中,電力系統(tǒng)設(shè)備的主要元器件有高壓斷路器、隔離開關(guān)、電流互感器、避雷器、接地開關(guān)、變壓器等,二次元器件主要有萬轉(zhuǎn)開關(guān)、指示燈、測控裝置、綜合保護(hù)裝置等器件,這些一次和二次元器件相互配合,實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的電氣傳動和測量保護(hù)功能。高壓配電室內(nèi)一般采用微機(jī)綜合保護(hù)裝置對配電設(shè)備進(jìn)行保護(hù),綜合保護(hù)裝置是一種以電流、電壓為基本配置,同時集成了各種測量和控制功能的電力自動化產(chǎn)品。綜合保護(hù)裝置根據(jù)一次線路中電壓互感器、電流互感器二次線圈感應(yīng)出的二次電壓、二次電流進(jìn)行邏輯判斷,并與事先設(shè)置的保護(hù)參數(shù)整定值進(jìn)行對比,最終通過跳閘出口繼電器完成對高壓斷路器的跳閘操作,從而實(shí)現(xiàn)對線路中變壓器、電動機(jī)、電容器、電抗器等負(fù)載的保護(hù)。
變壓器勵磁涌流是由于鐵芯的磁飽和產(chǎn)生的,勵磁涌流通常在接通電源1/4周期后開始產(chǎn)生,幅度最大值可能超過變壓器額定電流的幾倍甚至幾十倍,持續(xù)時間較長,從數(shù)十個電源周期直至數(shù)十秒不等。勵磁涌流的幅度與變壓器的二次負(fù)荷無關(guān),但持續(xù)時間與二次負(fù)荷有關(guān),二次負(fù)荷越大則涌流持續(xù)時間越短,二次負(fù)荷越小則涌流持續(xù)時間越長,因此空載的變壓器涌流持續(xù)時間最長。
變壓器的容量越大,涌流的幅度越大,持續(xù)的時間越長。當(dāng)在電壓過零時刻投入變壓器時,會產(chǎn)生最嚴(yán)重的磁飽和現(xiàn)象,因此勵磁涌流最大。當(dāng)在電壓為峰值時刻投入變壓器時,不會產(chǎn)生磁飽和現(xiàn)象,因此不會出現(xiàn)勵磁涌流。
勵磁涌流的發(fā)生,很明顯是受勵磁電壓的影響,即只要系統(tǒng)電壓一有變動,勵磁電壓受到影響,就會產(chǎn)生勵磁涌流,在不同的情況下將產(chǎn)生初始、電壓復(fù)原及共振等不同程度的勵磁涌流,其瞬時尖峰值及持續(xù)時間可能會高達(dá)變壓器額定值的8~30倍。
2017年7月30日,運(yùn)維人員對某220 kV變電站的一組35 kV站用變高壓開關(guān)柜進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn),一切條件滿足后,為站用變T1變壓器進(jìn)行送電。當(dāng)操作人員進(jìn)行手動合閘操作后,綜合保護(hù)裝置保護(hù)動作,斷路器跳閘,再次手動合閘后斷路器又再次跳閘。運(yùn)維技術(shù)人員懷疑電纜線路有故障,或者接地開關(guān)沒有斷開導(dǎo)致電纜線路短路,于是決定對整條電纜線路及站用變進(jìn)行故障排查。但是整個檢查過程下來,沒有發(fā)現(xiàn)電纜線路及站用變故障或短路情況,查看接地開關(guān)在打開狀態(tài),并沒有接地,高壓開關(guān)柜內(nèi)設(shè)備表面和內(nèi)部沒有弧光短路現(xiàn)象,也沒有明顯的放電痕跡,故障排查工作陷入困境。
分析斷路器跳閘的主要原因,主要是綜合保護(hù)裝置動作,動作事件是速度保護(hù),動作時間是11 ms,運(yùn)維技術(shù)人員開始從一次系統(tǒng)及二次原理分析著手。從原理圖(圖1)中看出,綜合保護(hù)裝置的保護(hù)電流采集自電流互感器TAa、TAc的二次側(cè)并經(jīng)接線端子1X9、1X13進(jìn)入綜合保護(hù)裝置PSL-641UB,接線端子1X10、1X14短接接地,從而實(shí)現(xiàn)對變壓器饋線回路整條線路的電流采集。綜合保護(hù)裝置經(jīng)邏輯檢測、運(yùn)算之后,若實(shí)測到的電流值大于保定參數(shù)設(shè)定值,滿足條件,則綜合保護(hù)裝置內(nèi)跳位繼電器動作,跳位保持繼電器TBJ電流線圈得電并自保,直至斷路器跳閘完畢,完成斷路器的跳閘保護(hù)動作。
圖1 保護(hù)原理圖
現(xiàn)場技術(shù)人員對變壓器及相關(guān)電纜線路進(jìn)行檢查,并測量絕緣阻值,均未能發(fā)現(xiàn)問題,但是綜合保護(hù)裝置卻保護(hù)動作,綜合保護(hù)裝置保護(hù)動作報文如表1所示。
表1 綜合保護(hù)裝置保護(hù)動作報文
從現(xiàn)場排查中確認(rèn)沒有其他異常情況,排除設(shè)備自身的問題,從綜合保護(hù)裝置事件中可以明顯地看到,在變壓器送電的一段極短的時間內(nèi)出現(xiàn)了保護(hù)動作。
新投變壓器跳閘原因:變壓器投入時,變壓器需要建立耦合磁場,由于勵磁涌流的發(fā)生,其瞬時尖峰值可能會高達(dá)變壓器額定電流的10~20倍,由于綜合保護(hù)裝置的保護(hù)參數(shù)設(shè)置不合理,如瞬時保護(hù)時間為0 s,小變比電流互感器二次額定電流就會很大,直接導(dǎo)致綜合保護(hù)裝置瞬時跳閘。
第二次事件中變壓器跳閘原因:當(dāng)系統(tǒng)投入大功率變壓器時,由于勵磁涌流的發(fā)生,線路系統(tǒng)電壓突降,只要系統(tǒng)電壓一有變動,就會產(chǎn)生新的不同程度的勵磁涌流,其瞬時尖峰值及持續(xù)時間可能會高達(dá)變壓器額定值的8~30倍。由于綜合保護(hù)裝置的保護(hù)參數(shù)設(shè)置不合理,如瞬時保護(hù)時間為0 s,小變比電流互感器二次額定電流就會很大,直接導(dǎo)致綜合保護(hù)裝置瞬時跳閘。
根據(jù)上述原因分析,由于變壓器勵磁涌流的特性,綜合保護(hù)裝置參數(shù)設(shè)置不當(dāng),導(dǎo)致變壓器投運(yùn)頻頻失敗。
這兩次事件充分體現(xiàn)了綜合保護(hù)裝置參數(shù)設(shè)置正確合理的重要性。如綜合保護(hù)裝置參數(shù)設(shè)置不合理,不但影響設(shè)備本身的送電情況,還會引起該系統(tǒng)的電壓波動,導(dǎo)致該系統(tǒng)的帶電設(shè)備掉閘,引發(fā)更大范圍的停電,給企業(yè)的運(yùn)行帶來較大的損失。
綜合上述事件的分析,我們重新調(diào)整了綜合保護(hù)裝置的定值參數(shù)。根據(jù)現(xiàn)場投運(yùn)使用要求,保護(hù)投入的有:速斷保護(hù)、Ⅰ段電流保護(hù)、Ⅱ段電流保護(hù)、零序電流保護(hù);變壓器容量為3 150 kVA;根據(jù)公式UI計(jì)算出高壓側(cè)電流值為52 A,現(xiàn)場電流互感器變比為300/1,對綜合保護(hù)裝置參數(shù)重新設(shè)置如下:
(1)速斷保護(hù)電流設(shè)置為6~8倍的額定電流,則二次電流應(yīng)為1.39 A,動作時間為100 ms;
(2)Ⅰ段保護(hù)電流設(shè)置為2.5倍的額定電流,則二次電流應(yīng)為0.43 A,動作時間為1.0 s;
(3)Ⅱ段保護(hù)電流設(shè)置為1.1倍的額定電流,則二次電流應(yīng)為0.2 A,動作時間為2.0 s。
設(shè)置綜合保護(hù)裝置的速斷保護(hù)參數(shù)時,一定要注意變壓器勵磁涌流特性對電力系統(tǒng)電壓的影響。保護(hù)參數(shù)設(shè)置要合理,速斷保護(hù)的動作時間一定要避開勵磁涌流,既能讓綜合保護(hù)裝置正確判斷變壓器的勵磁涌流以免導(dǎo)致綜合保護(hù)裝置誤判斷引起斷路器跳閘,又能在送電時對變壓器自身故障進(jìn)行及時保護(hù)能夠讓斷路器及時跳閘。結(jié)合實(shí)際的工程應(yīng)用,變壓器的勵磁涌流一般按照額定電流的10倍計(jì)算,然后根據(jù)一次電流互感器的變比,測算出綜合保護(hù)裝置的二次電流值,時間上才可以設(shè)置為0 s,否則就會因?yàn)閯畲庞苛鞯臎_擊導(dǎo)致綜合保護(hù)動作。
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