高效应对变电站主变压器事故的方法与实践

【教学目标】

知识目标:1.掌握导致主变压器事故的主要原因。

2.掌握主变压器事故处理的基本原则和步骤。

能力目标:1.能根据保护动作情况判断主变压器的故障类型。

2.能对主变压器故障进行正确处理。

态度目标:1.能主动学习,在完成任务过程中发现问题,分析问题和解决问题。

2.能严格遵守安全规程,具有较高的安全意识、质量意识和追求效益的观念。

3.能与小组成员协商、交流配合完成本学习任务。

【任务描述】

主变压器是变电站最重要的设备,主变压器的主要作用是变换电压、传输电能。 在电力系统中,电压经升压变压器升压后远距离输送可减少线路损耗,提高送电的经济性;降压变压器则能把高电压变为用户所需要的各级电压,满足用户需要。 若主变压器发生故障,用户则无法从主变压器获取所需要的电压等级的电能。 电力系统的供电可靠性大大降低,后果严重,变电运行人员必须对主变事故进行及时有效的处理,尽快恢复供电。 值长组织各自学习小组在仿真机环境下,认真学习运行规程、调度规程,进行事故分析,完成事故处理步骤。

【任务准备】

课前预习相关知识部分。 根据变电站主接线和运行方式,经讨论后制订#1 主变内部相间故障(保护正确动作)的处理方案,并独立回答下列问题。

1.说明主变的型号及运行状态。

2.主变压器保护有哪些? 每种保护针对什么类型的故障? 说出保护原理及保护范围。

3.在这次事故处理中,到现场检查设备时需带哪些安全工器具?

【相关知识】

一、主变压器故障的主要类型

(1)油箱内故障

油箱内故障主要是绕组的相间短路、接地短路、匝间短路以及铁芯的烧损等。

(2)油箱外故障

油箱外故障主要是套管和引出线上发生相间短路和接地短路。

二、主变压器的保护配置

(1)中、小容量变压器保护配置

小容量变压器一般配过流和速断保护,甚至用熔断器保护。 1250 kVA 以上的中型变压器除了配置过流和速断保护,还配置瓦斯保护。

(2)220 kV 及以上的大容量变压器保护配置

220 kV 及以上的大容量变压器一般遵循双主、双后备保护配置原则。 保护的类型有下述几种。

1)比率制动式差动保护

比率制动式差动保护是变压器的主保护,能反映变压器内部相间短路故障,高压侧(中性点直接接地系统)、单相接地短路及匝间层间短路故障,并能正确区分励磁涌流、过励磁故障。

2)复合电压启动(方向)过流保护

复合电压启动(方向)过流保护为变压器或相邻线路的后备保护,由复合电压元件、相间方向元件及三相过流元件“与”构成。 复合电压元件由负序电压和低电压部分组成。 负序电压反映系统的不对称故障,低电压反映系统对称故障。 复合电压元件、相间方向元件可由软件控制字选择。 保护可以配置成多段多时限,每段的每个时限都独立为一个保护。

3)(零序闭锁)零序(方向)过流保护

(零序闭锁)零序(方向)过流保护是变压器或相邻线路接地故障的后备保护,一般保护可以配置成多段多时限。 它由零序过流元件及零序功率方向元件“与”构成。 其中,零序功率方向元件可由软件控制字整定“投入”或“退出”,零序功率方向元件的指向可由软件整定为指向变压器或母线。

4)零序过压保护

变压器中性点不接地时,若所连接的系统在发生单相接地故障的同时又失去接地中性点,则将对中性点直接接地系统的电气设备的绝缘构成威胁,因此配置零序过压保护切除接地故障,接于变压器TV 二次开口三角回路中。

5)间隙零序电流及零序电压保护

作为变压器中性点不接地运行时单相接地故障的后备保护,其保护效能与零序过压保护相同,当零序过电压导致间隙被击穿时,间隙零序过流元件动作,经0.3 ～0.5 s 延时跳闸。

6)零序联跳保护

零序联跳保护适用于主变中性点未装设间隙,一台主变接地运行,另一台主变不接地运行的情况。 在这种运行情况下,若发生接地故障,将先跳开不接地变压器,后跳开接地变压器,接地变压器通过中性点零序过流保护动作给出跳不接地变压器的开出接点,不接地变压器收到该外部的联络信号,同时判明本变压器无零序电流,且有零序电压,则跳开本变压器。

7)非全相保护

用于220 kV 及以上变压器非全相运行时的保护,保护由负序(或零序)电流和非全相判别回路组成,非全相判别回路的断路器位置触点由开关量输入回路读入CPU,由软件实现逻辑“与”。

8)失灵启动保护

失灵启动保护用于220 kV 及以上变压器断路器失灵时启动失灵,由过流(或负序或零序)元件、本侧断路器合闸位置触点、保护动作元件和复合电压出口接点组成。 装置中的高、中、低压侧的电压的投退由电压硬压板开入量控制。

9)复合电压启动(方向)过流保护

复合电压启动(方向)过流保护是变压器或相邻元件的后备保护。 它由复合电压元件、相间方向元件及三相过流元件“与”构成。

三、变压器事故处理一般步骤

①记录事故发生时间、设备名称、开关变位情况、保护动作情况。

②检查受影响运行设备状况,主要是并列主变、站用变等。

③检查中性点接地情况。

④检查站用电切换正常、直流系统运行是否正常。

⑤将上述信息、天气情况、停电范围、负荷告调度和相关部门,以便掌控信息,正确判断处理。

⑥记录保护动作信号,检查故障录波动作情况,打印故障录波、保护报告。

⑦检查保护范围内一次设备。

⑧详细检查结果告调度及有关部门,根据调度命令进行处理。

⑨处理完毕后,填写运行日志、事故跳闸等记录,整理事故分析报告。

四、变压器事故处理应遵循的原则

①并列运行中一台主变跳闸,应关注运行主变是否过负荷以及中性点情况。

②主变跳闸后关注站用电供电,确保站用电、直流系统安全运行。

③主变重瓦斯、差动保护同时动作,原因不明前不得强送。

④重瓦斯或差动保护之一动作,内、外部无异常,系统急需时可试送一次。

⑤主变后备保护跳闸,无明显故障时可试送。

⑥若主变某套保护误动,根据调度命令退出误动保护,将主变送电。

⑦如因线路或母线故障,越级跳主变,隔离故障后可立即恢复主变运行。

⑧主变主保护动作,未查明原因前,值班人员不要复归信号,并作好相关记录。

五、杨高变主变保护的配置

杨高变电站#1、#2 主变压器保护采用许继电气公司生产的WBH-801 和WBH-802 微机型装置,其中WBH-801 装置集成了1 台变压器的全部主后备电气量保护,WBH-802 装置集成了变压器的全部非电量类保护,保护采用两面柜,A 柜配置WBH-801 箱和WBH-802 箱,FCZ-832S 高压侧断路器操作箱(含电压切换)各1 台,完成主变的1 套电气量保护,非电量保护和高压侧的操作回路及电压切换回路,B 柜配置WBH-801 箱,FCZ-813S 中压侧和低压断路器操作箱(含中压侧电压切换),ZYQ-812 高压侧电压切换箱,完成主变的第二套电气量保护,中压侧的操作回路及高中压侧电压切换回路。 实现了双主、双后备保护配置原则。

保护提供3 组信号回路:一组用于监控,一组用于录波,另一组备用。

A 柜保护(WBH-801)为主变第一套保护,其中主保护采用二次谐波制动原理。

B 柜保护(WBH-801)为主变第二套保护,其中主保护采用波形比较制动原理。

六、杨高变电站主变正常运行方式

一次部分为:#1 主变220 kV 侧610 断路器接220 kVⅠ母线;母联600 断路器、6001、6002 隔离开关均在合闸位置;旁路618 断路器在断开位置,6181、6182、6185 隔离开关在断开位置;#1 主变220 kV 中性点6X16 隔离开关在合闸位置(#2 主变220 kV 中性点6X26 隔离开关在断开位置);#1 主变110 kV 侧510 断路器接110 kVⅠ母线;母联500 断路器、5001、5002 隔离开关均在合闸位置;#1 主变110 kV 中性点5X16 隔离开关在合闸位置(#2 主变110 kV 中性点5X26 隔离开关在断开位置);#1 主变10 kV 侧310、320 断路器分别带10 kVⅠ段、Ⅱ段母线负荷;#2 主变10 kV 侧330、340 断路器分别带10 kVⅢ段、Ⅳ段母线负荷;分段300 断路器已拉开,3002 在合闸位置。

二次部分为:#1 主变保护有纵联差动保护、瓦斯保护、压力释放保护、绕组过温保护、复合电压闭锁过电流零序过流及间隙保护。

【任务实施】

在仿真机上设置主变事故,根据事故处理基本原则及一般程序,通过事故分析,正确写出主变事故的处理步骤;并结合《电业安全工作规程》、各级《调度规程》和其他有关规定进行事故处理。

设置事故1:#1 主变内部相间故障(保护正确动作,10 kV 备自投和站用变备自投退出)

一、事故分析

①#1 主变内部相间故障(保护正确动作,10 kV 备自投和站用变备自投退出)时,由#1主变差动保护、本体重瓦斯保护动作跳开#1 主变三侧610、510、310、320 断路器;此时,10 kVⅠ段、Ⅱ段母线失压,10 kVⅠ段、Ⅱ段母线电容器组低电压保护动作跳开电容器301、303、305、307、309 断路器(在仿真系统电容器在正常工况下全部投入的前提下);与此同时,10 kV 备自投动作但不成功(因主变保护动作闭锁了备自投)。

②按照事故处理的基本原则及一般程序,分析#1 主变内部相间故障(保护正确动作,备自投动作不成功)的基本处理思路为:一次设备组、二次设备组(每组检查人员不少于2 人)分别对一、二次设备进行检查;将#1 主变故障隔离;合上#2 变中性点6X26、5X26 中性点接地刀闸;恢复10 kVⅡ母线送电;投入305、307、309 断路器恢复各电容器运行;安排#1 主变检修。(www.xing528.com)

二、事故处理

根据事故处理基本原则及一般程序,通过以上任务分析,正确写出#1 主变内部相间故障(保护正确动作,10 kV 备自投和站用变备自投退出)的处理步骤如下;并结合《电业安全工作规程》、各级《调度规程》和其他的有关规定进行事故处理。

①记录事故发生时间及事故现象,恢复警报。 事故现象主要包括:一次系统接线图显示的跳闸断路器位置信息,610、510、310、320 断路器变位,相关表计指示610、510、310、320 断路器回路及10 kVⅠ段、Ⅱ段母线所接负荷线路有功、无功、电流均显示0 值;10 kVⅠ段、Ⅱ段母线失压,10 kVⅠ段、Ⅱ段母线电压表指示为0;告警信息窗显示的事故信息、保护动作信息;断路器跳闸信息。

②汇报调度。

③检查站用电源及直流系统。 检查40B 开关在分闸位置,42B 开关在合闸位置,拉开41B 开关,合上40B 开关,恢复站用电。 检查直流系统运行正常。

④检查故障相关设备。 二次设备组人员检查本站二次设备运行工况,主要检查本站监控机,相关保护屏保护动作情况并与监控机核对保护动作无误(#1 主变差动保护、本体重瓦斯保护动作;10 kVⅠ母线、Ⅱ母线电容器组低电压保护动作;10 kV 分段自投动作);记录保护动作情况,复归保护信号;复归610、510、310、320 手把停止闪光,检查故障录波。

一次设备组人员穿绝缘靴,戴绝缘手套、安全帽,到现场检查Ⅱ主变风扇运转及过负荷情况,监视油温是否在75 ℃以下;检查#1 主变保护范围内设备及三侧(610、510、310、320 断路器回路电气间隔)、10 kVⅠ母线、Ⅱ母线相关设备、10 kV 分段断路器,以及#2 主变;检查发现#1 主变及瓦斯继电器内有气体,油位、油色有变化,油温明显升高,#2 主变过负荷,其他设备情况正常。 应用排水取气法从瓦斯继电器中取出部分气体(剩余气体留给专业人员作进一步分析),观察气体颜色并对气体做点燃实验(气体可燃)。

⑤将检查情况汇报调度。

⑥隔离故障。 拉开#1 主变三侧的隔离开关(拉开6103、5103、3103 隔离开关)。

⑦恢复送电。 合上#2 主变5X26、6X26 中性点接地隔离开关。 合上300 断路器,恢复10 kVⅡ母线送电;合上305、307、309 断路器,恢复10 kVⅡ母线上的电容器运行。

⑧将事故情况汇报调度及有关领导;向调度要求倒出部分负荷,以减轻#2 主变过负荷。

⑨将故障设备转检修。 在#1主变三侧分别验电确无电压后,挂3 组地线,将#1 主变转为检修状态。

⑩将上述情况汇报调度及有关人员,同时准备好#1 主变送电的操作票。

设置事故2:#2 主变220 kV 侧C 相套管闪络(保护正确动作)

一、事故分析

①#2 主变220 kV 侧C 相套管闪络(保护正确动作)时,由#2 主变差动保护、动作跳开#2主变三侧620、520、330、340 断路器;此时,10 kVⅢ段、Ⅳ段母线失压,10 kVⅢ段、Ⅳ段母线的电容器组低电压保护动作跳开电容器311、313、317、319 断路器(在仿真系统电容器在正常工况下全部投入的前提下);与此同时,10 kV 分段自投动作,10 kV 分段自投成功;10 kVⅢ段母线恢复供电。

②按照事故处理的基本原则及一般程序,分析#2 主变220 kV 侧C 相套管闪络(保护正确动作)的基本处理思路为:一次设备组、二次设备组(每组检查人员不少于2 人)分别对一、二次设备进行检查;将#2 主变故障隔离;根据调度命令投入311、313、317、319 断路器恢复各电容器运行;安排#2 主变检修。

二、事故处理

根据事故处理基本原则及一般程序,通过以上任务分析,正确写出#2 主变220 kV 侧C相套管闪络(保护正确动作)的处理步骤如下;并结合《电业安全工作规程》、各级《调度规程》和其他的有关规定进行事故处理。

①记录事故发生时间及事故现象,恢复警报。 故障现象主要包括:一次系统接线图显示的跳闸断路器位置信息,620、520、330、340、300 断路器变位,相关表计指示620、520、330、340断路器回路及10 kVⅣ段母线所接负荷线路有功、无功、电流均显示0 值; 10 kVⅣ段母线失压,10 kVⅣ段母线电压表显示为0;告警信息窗显示的事故信息、保护动作信息;断路器跳闸、合闸信息。

②汇报调度。

③检查站用电源及直流系统。 检查41B、40B 开关在合闸位置,42B 开关在分闸位置,站用电正常。 直流系统运行正常。

④检查故障相关设备。 二次设备组人员检查本站二次设备运行工况,主要检查本站监控机,相关保护屏保护动作情况并与监控机核对保护动作无误(#2 主变差动保护;10 kVⅢ段、Ⅳ段母线电容器组低电压保护动作,10 kV 分段自投动作);记录保护动作情况,复归保护信号;复归620、520、330、340、300 手把停止闪光。

一次设备组人员穿绝缘靴,戴绝缘手套、安全帽,到现场检查Ⅰ#主变风扇运转及过负荷情况,监视油温是否在75 ℃以下;检查#2 主变保护范围内设备及三侧(620、520、330、340 断路器回路电气间隔)、10 kVⅢ段、Ⅳ段段母线相关设备、10 kV 分段断路器,以及#2 主变;检查发现#2 变220 kV 侧C 相套管闪络,两片瓷裙破裂,#2 主变过负荷,其他设备情况正常。

⑤将检查情况汇报调度。

⑥隔离故障。 拉开#2 主变三侧的隔离开关(拉开6203、5203、3303 隔离开关)。

⑦恢复电容器运行。 合上305、307、309 断路器,恢复10 kVⅡ母线上的电容器运行。

⑧将事故情况汇报调度及有关领导;向调度要求倒出部分负荷,以减轻#1 主变过负荷。

⑨将故障设备转检修。 在#2 主变三侧分别验电确无电压后,挂3 组地线,将#2 主变转为检修状态。

⑩将上述情况汇报调度及有关人员,同时准备好#2 主变送电的操作票。

【拓展提高】

一、变压器差动保护动作原因、现象和主要检查工作

(1)差动保护动作原因

①主变套管引出线至各侧TA 之间一次设备故障。

②二次回路异常误动或误整定。

③差动保护用TA 二次开路或短路。

④主变内部故障。

(2)差动保护动作现象

①三侧断路器变位。

②“差动保护动作”光字牌亮。

③故障录波启动。

④主变三侧电流为零、功率为零。

⑤低压侧母线失压。

(3)差动保护动作后主要检查

①中性点方式。

②并列运行主变负荷。

③站用电系统、直流系统是否正常。

④一次设备有无着火、爆炸、喷油、放电、短路等异常。

二、后备保护动作原因、主要检查工作

(1)高压侧后备动作原因、主要检查工作

高压侧后备动作原因包括:

①差动、瓦斯保护拒动。

②本侧母线保护或线路保护拒动。

③本侧开关拒动。

④中低压后备保护拒动。

⑤高后备保护误动、误整定。

高压侧后备动作后应主要检查:

①本侧线路保护、母差保护是否有动作信号,是否有开关闭锁。

②中、低压侧是否有故障、保护动作信号、开关闭锁信号。

(2)中压侧后备动作原因、主要检查工作

中压侧后备动作原因包括:

①差动、瓦斯保护拒动。

②本侧母线保护或线路保护拒动。

③本侧开关拒动。

④中后备保护误动、误整定。

中压侧后备动作后应主要检查:本侧线路保护、母差保护是否有动作信号,是否有开关闭锁。

(3)低压侧后备动作原因、主要检查工作

低压侧后备动作原因包括:

①低压侧发生故障跳闸,保护拒动或开关拒动。

②低压母线发生故障。

低压侧后备动作后应主要检查低压母线是否发生故障或者低压线路故障保护拒动或者开关拒动。

三、变压器事故处理注意事项

①变压器跳闸后若引起其他变压器超负荷时,应尽快投入备用变压器或在规定时间内降低负荷。

②根据继电保护的动作情况及外部现象判断故障原因,在未查明原因并消除故障之前,不得送电。

③当发现变压器运行状态异常,例如内部有爆裂声、温度不正常且不断上升、油枕或防爆管喷油、油位严重下降、油化验严重超标、套管有严重破损和放电现象等时,应申请停电进行处理。