杜瑞濤

（東方電氣集團國際合作有限公司，四川 成都 610097）

1 引言

烏茲別克斯坦卡季林（Kadirin）水電站是東方電氣在“一帶一路”倡議下總包實施的一個典型水電站工程。該電站裝機為2臺7 670 kW的水輪發(fā)電機組，由發(fā)變組單元升壓接線至35 kV開關(guān)站，并在35 kV開關(guān)站接入當?shù)仉娋W(wǎng)。35 kV開關(guān)站安裝了1臺2 500 kVA的油浸式降壓變壓器為電站周邊農(nóng)村供電。2019年6月6日，該變壓器發(fā)生瓦斯跳閘事故。

2 變壓器線路保護配置情況

發(fā)生瓦斯跳閘事故的變壓器線路電氣原理接線簡圖見圖1。變壓器線路配置了電流保護和瓦斯保護，保護出口均為變壓器高壓側(cè)（35 kV側(cè)）斷路器。變壓器線路發(fā)生故障時，保護裝置通過跳開變壓器高壓側(cè)斷路器切除故障。

圖1 變壓器支路電氣原理接線

變壓器高壓側(cè)裝設(shè)的電流保護裝置為南瑞公司生產(chǎn)型號為PCS-9611的微機式保護繼電器。該繼電器從變壓器高壓側(cè)電流互感器采集電流信號，線路發(fā)生短路故障時，如果采集到的短路電流值超過繼電器設(shè)定的整定值且超過設(shè)定的延時，該繼電器將向變壓器高壓側(cè)斷路器發(fā)送跳閘命令，跳開斷路器，防止事故擴大[1]。

變壓器本體裝設(shè)了一只型號為QJ4-50的氣體繼電器用于該變壓器的瓦斯保護。氣體繼電器安裝在變壓器與儲油柜的連接管路上，在變壓器內(nèi)部故障使油分解產(chǎn)生氣體或造成油流沖動時，使氣體繼電器的接點動作，并通過跳開變壓器高壓側(cè)斷路器以切除變壓器，避免事故進一步擴大[2]。

3 事故過程

2021年6月06日18：36：47，變壓器高壓側(cè)斷路器跳閘。經(jīng)現(xiàn)場檢查動作記錄，為瓦斯保護動作導(dǎo)致的高壓側(cè)斷路器跳閘。現(xiàn)場調(diào)取了電流保護繼電器PCS-9611中的電流波形（圖2），發(fā)現(xiàn)故障發(fā)生時變壓器高壓側(cè)電流明顯升高并持續(xù)一段時間（該線路額定電流為37.5 A，而此次故障發(fā)生期間，最高電流為365.9 A），但電流保護并未動作。2021年6月16日現(xiàn)場對變壓器進行吊芯檢查，發(fā)現(xiàn)該變壓器的B相繞組線包出現(xiàn)破損（圖3）,B相低壓銅繞組部分熔毀。

圖3 變壓器繞組損壞圖片

4 原因分析

該變壓器高壓側(cè)配置了電流保護（電量保護）和瓦斯保護（非電量保護），變壓器低壓側(cè)未配置保護裝置。由于此6.3 kV配電線路較為簡陋且維護較差，容易發(fā)生接地和相間短路。正常情況下，變壓器6.3 kV低壓線路如果發(fā)生短路時，應(yīng)電流速斷保護跳閘來第一時間切除故障。只有當速斷保護拒動時，才會引發(fā)瓦斯保護動作。而本次瓦斯動作前，過流速斷保護并未動作。

現(xiàn)場查驗電流保護繼電器PCS-9611中保護定值，發(fā)現(xiàn)電流速斷保護定值為375 A。本次故障記錄的最高故障電流為365.9 A，沒有達到電流速斷保護的定值，因此電流速斷保護沒有動作。

經(jīng)過上述分析，判斷此次故障是由于變壓器低壓側(cè)支路發(fā)生了短路，但由于最高故障電流沒有達到電流速斷保護的定值375 A，速斷保護沒有動作，進而導(dǎo)致短路電流一直存在。變壓器B相繞組匝間絕緣在短路電流的持續(xù)作用下?lián)p壞，然后B相繞組匝間短路并發(fā)生電弧，使變壓器油分解產(chǎn)生的強烈氣體或油流涌動沖擊氣體繼電器QJ4-50的擋板，氣體繼電器QJ4-50的接點動作，跳開變壓器高壓側(cè)斷路器[3]。

5 處理方案

基于上述分析，確定解決方案為重新設(shè)定合理的電流保護整定值。該變壓器低壓側(cè)出線未配置保護裝置，因此變壓器的電流保護應(yīng)將變壓器和線路當做一個整體來進行保護。根據(jù)DL/T 584-2017《3~110 kV電網(wǎng)繼電保護裝置運行整定規(guī)程》7.2.11.4款規(guī)定，本線路為終端線路，可采用三段式電流保護[4，5]。整定計算過程如下：

（1）電流速斷保護整定

電流速斷保護定值應(yīng)按躲過本線路末端最大三相短路電流整定。

式中：

Kk－可靠系數(shù)，根據(jù)DL/T584規(guī)定，取Kk=1.3；

I(3)Dmax－本線路末端故障最大三相短路電流數(shù)值，根據(jù)短路計算報告I(3)Dmax=187 A；

帶入計算得電流速斷保護定值IopI=243.1 A，延時設(shè)置為0 s。

（2）延時電流速斷保護整定

由于線路末端無保護裝置，因此延時電流速斷保護按本線路末端故障有靈敏度整定。

式中：

I(2)Dmin－本線路末端故障最小兩相短路電流，根據(jù)短路計算得I(2)Dmin=161.9 A；

Ksen－靈敏度，根據(jù)DL/T 584規(guī)定，取Ksen=1.5。

帶入計算得延時電流速斷保護定值IopII=107.9 A，延時設(shè)置為0.3 s 。

（3）過電流保護整定

過電流保護按躲過本線路的最大負荷電流整定。

IopIII=Kk/（Kf×Ilmax）

式中：

Kk－可靠系數(shù)，根據(jù)DL/T584規(guī)定，取Kk=1.2；

Kf－返回系數(shù)，根據(jù)DL/T584規(guī)定，取Kf=0.95；

Ilmax－本線路最大負荷電流，為45 A。

帶入計算得過電流保護定值IopIII=35.6 A，延時為0.8 s。

6 處理結(jié)果

現(xiàn)場委托當?shù)刈儔浩鲝S對損壞的變壓器繞組進行了修復(fù)，并將上述電流保護整定值輸入了變壓器高壓側(cè)保護繼電器PCS-9611，變壓器和線路成功投運。

2021年8月25日，變壓器低壓側(cè)6.3 kV線路再一次發(fā)生短路故障，變壓器35 kV高壓側(cè)斷路器成功跳閘。經(jīng)過現(xiàn)場檢查，電流速斷保護成功動作。電流保護繼電器PCS-9611的故障錄波電流信號如圖4所示，發(fā)生故障時最大短路電流361 A，故障發(fā)生后由電流保護繼電器PCS-9611的速斷電流保護功能在51 ms內(nèi)成功將變壓器高壓側(cè)斷路器跳開，氣體繼電器未動作?，F(xiàn)場對變壓器進行了絕緣檢測，檢測結(jié)果正常。線路短路故障排除后，再次送電，變壓器運行正常。

圖4 電流保護整定后故障錄波電流信號

7 結(jié)語

電流保護是變壓器和線路保護的重要保護功能，對變壓器和線路的安全運行起著關(guān)鍵作用。本文對卡季林水電站變壓器-線路瓦斯保護動作事件進行了全面的分析，找到了此次瓦斯保護動作的原因，并提出了合理的解決方案，對卡季林水電站變壓器-線路后續(xù)的安全、可靠運行提供了保障。