站用变压器非电量保护误动原因分析及处理

南缸科技２０１　２年第２期　技术创新　

站用变压器非电量保护误动原因分析及处理　

方坤　廖红　梅鹏飞　

庐江供电公司２３１　５Ｏ０安徽庐江　

摘要针对安徽５０ＯｋＶ昭关变电所数次发生拉合５００ｋＶ开关引起所用变非电量保护误动造成所用变高压侧开关跳闸事件，详细分　

析了事故原因，得出的结论是重瓦斯保护中间继电器功率过小，不能躲过５Ｏ０ｋｖ系统倒闸操作时的直流扰动。本文提出了对继电器功　

率进行适当放大的措施，解决了该所瓦斯保护误跳闸的问题。　

关键词所用变压器中间继电器非电量保护瓦斯保护回路改造　

变电所用的变压器为主变压器提供冷却电源、消防水喷淋电源，　

为断路器提供储能电源，为隔离开关提供操作电源，为硅整流提供变　

换用电源，另外所用电还提供所内的照明、生活用电及检修，如果失　

电将严重影响变电所设备的正常运行，甚至引起系统停电和设备损坏　

事故。其使电力系统和变压器可靠性运行水平和电力用户供电可靠性　

都受到影响，瓦斯保护装置对反映变压器绕组匝间短路或内部绝缘电　

弧的故障有高度灵敏性和重要作用，一旦误动必须彻底查清误动原　

因，变压器本体无故障后方可投运，从而延长停电时间，同时增加了　

大量现场工作。因此，必须采取措施防止所用变非电量保护误动。　

１　事故梗概　

（１）正常运行方式。５００ｋＶ昭关变电所于２００６年ｌ２月２日投运，　

是三峡配套工程的枢纽变电所，也是安徽省５００ｋＶ东通道的重要组成　

部分。目前采用一组单相自耦变压器，容量为７５０ＭＶＡ；５００ｋＶ采用　

３／２接线，２线ｌ变；２２０ｋＶ为双母线接线，出线８回；３５ｋＶ为单母线接　

线，安装４组无功补偿装置。　

图１昭关变所用电系统正常运行方式（本期２号所用变未上）　所用交流系统本期采用两台变压器（样１、＃０），＃Ｏ所用变接　

自变电所外来独立可靠电源（３５ｋＶ含昭３８６线路）为无载调压变压　

器，样１所用变接自本所３５ｋＶ母线，为有载调压变压器　正常运行方　

式下＃０变充电状态备用，ＯＯＱＦ摇至实验位置（冷备用）；母联ｌ０、　

２ＯＱＦ运行并ｇｔ１３８ｏｖ　Ｉ段母线（以下简称Ｉ母）、３８０ＶⅡ段母线（以　

下简称Ⅱ母）；＃ｌ所变低压￣Ｉ］ＯｌＱＦ运行，＃ｌ所用变运行带Ｉ母、　

Ⅱ母负荷（全所低压负荷）。备用电源自动投入装置未运行，当　

Ｏ１ＱＦＳ］￣Ｉ母、Ⅱ母故障（如＃ｌ所用变故障跳闸或高压侧失电）跳闸　

后，须手动进行所用变负荷倒换　所用变压器配备了国电南京自动化　

有限公司的ＮＥＰ９８００数字变压器保护装置。其装置了非电量保护和电　

气保护跳闸继电器独立，非电量保护中轻瓦斯、压力释放、绕组高温　

投信号，重瓦斯投跳闸。所变故障本体保护动作跳所变高压侧开关。　

图１为昭关变所用电系统正常运行方式。　

（２）事故详细过程。２００７年６月１９日１２：５¨８，在５００ｋ，￣线路启动　

操作过程中，拉开５００ｋＶ５０２１开关时，样１所用变“轻瓦斯”、“压　

力释放”、“绕组高温”告警，＃ｏＮ变“轻瓦斯”、“压力释　

放”、“绕组低温”发信，　“重瓦斯保护动作”光字牌亮。｝｝（嘶用　

变高压￣１１３８６开关跳闸，故障后检查＃ｏＮ变外观无明显故障，检查其　

它保护未动作，瓦斯继电器中无气体，色谱分析无异常，判断为非所　

变本体故障，＃ｌ重瓦斯保护误动作。按规定对将对＃ｏＮ用变进行试　

送，试送成功。之后２２０ｋＶ系统计划检修时，操作过程中并未发生＃　

１所用变高压侧跳闸事件。２０Ｏ８年９月２８日０６：３６，５００ｋＶ另一条线路　

停役操作过程中拉开５０２２开关时再次出现上述跳闸事件。　

２事故原因分析　（１）变压器本体非电量保护的基本原理。变压器有３种非电量保　

护即瓦斯保护、绕组高温保护和分接头切换保护。这三种保护的外接　

线相同，都是从变压器本体采集开关量信号经电缆送至变压器保护　

屏，非电量保护可以根据需要设为发信或者跳闸。昭关变电所非电量　

保护中只有重瓦斯保护投跳闸，其它均投信号，因此非电量保护中瓦　

斯保护误动影响最大。瓦斯保护反映变压器油箱内部各类故障，是变　

压器的主保护，当前瓦斯继电器多采用开口杯式（昭关变瓦斯继电器　

采用ＱＪ４Ｏ型开口杯式），当油箱内部发生轻微故障，产生少量的气体　

（称轻瓦斯），迫使油面下降，瓦斯继电器上开口杯旋转干簧触点闭　

合，发“轻瓦斯”信号。变压器内部发生严重故障时，产生大量的气　

体（称重瓦斯），由于这些气体的膨胀使油面上升，其中油的流速将很　

大，会形成强烈的油流冲击挡板，当油流速度大于１．０～１．４　ｍ／ｓ（昭　

关变为１．０　ｒｉｇｓ）时，带动下开１：３杯转动，使下磁力接点接通，发出断　

路器跳闸脉冲。　

（２）非电量不正确动作原因分析。变压器内部进入空气，严重　

渗漏油、环境温度温骤降使变压器油位下降，各种原因非内部故障油　

流涌动，二次回路短路，运行人员误碰探针都会引起瓦斯保护动作，　

事故再次发生后，有关人员迅速赶到现场，再次检查结果和第一次事　

故相同，断定为非本体故障，非电量保护误动并对引起误动的原因进　

行如下分析：瓦斯继电器没有气体，排除变压器内部进入空气；两台　

所变均没有渗漏油，事故发生当时气温没有骤降，排除油位、油流异　

常；对瓦斯回路进行绝缘检查未发现有绝缘问题，未发现短路现象，　

打开本体保护装置，没有发现损坏元件和放电痕迹，对里面的继电器　

逐个进行校验，其动作值和返回系数都合格；对本体保护做整组试验　

传动正常，说明二次回路没有问题。结合两次误跳闸均出现在拉合　

５００ｋＶ开关的同时，两台所用变投信号的非电量保护保护均发信（两台　

所变温度正常本体保护绕组高温确发信，压力释放阀未动作压力释放　

却告警，瓦斯继电器无气体却瓦斯发信）。初步判定为外部干扰造成　

保护装置动作发信或出口。为查清＃０所变重瓦斯误跳闸原因，在厂　

家的建议下对ＮＥＰ９８０３保护装置插件进行了检查，由于变压器瓦斯接　

点回路直接接于ＮＥＰ９８０３装置动作出口（见图２），于是测量了装置的开　

关，测量结果显示驱动功率小于５Ｗ，而国家《电网公司二十五项电　

网重大反事故措施》中“所有涉及直接跳闸的回路应采用动作功率不　

低于５Ｗ的中间继电器”。３８６开关误跳闸原因就在这里。　

图２　ＮＥＰ９８０３￣电量保护回路图　图２中ＷＳＪ为重瓦斯继电器接点，昭关变０号所用变为无载调压变　

压器，ＮＥＰ９８０３中有载调压保护功能未用。　

具体的测试过程如下：首先测量了装置插件上瓦斯保护跳闸中问　

继电器的电阻（为３０ｋｔ１），由于该中间继电器为电压型继电器，于　

是缓慢升高试验仪输出电压，同时监视装置动作情况，当电压表显示　

Ｕｄ＝６５　Ｖ，ＮＥＰ９８０３装置动作，自动化系统报告０　所变本体重瓦斯　

动作出口，计算得出跳闸电流Ｉｄ＝２．１

７ｍＡ时，与保护误动时的跳闸报　技术创新　肉肚科技２０１　２年第２期　

文吻合，而此时重瓦斯出口中间继电器的线圈４Ｘ１７，４Ｘ２７端口动作　

功率为：Ｐｄ＝Ｕｄ　ｘ　Ｉｄ＝６５×２．１７／１０００＝０．１４Ｗ。　

（３）＃０所变重瓦斯保护误跳闸原因分析。从现场的保护信号　

看，＃０、＃１同样受到操作干扰，＃ｌ所变保护仅发信而＃Ｏ所变跳闸　

的情况是与　０、＃ｌ所变保护接线所走的电缆沟电缆走向有密切的关　

系。５００ｋＶ系统电压等级高，电缆芯线之间的电容不同，感应电压相　

对高、低也不同，操作５００ｋＶ开关时直流扰动大，在电缆中产生的容　

性电流大，瓦斯继电器虽未动作，但其接点ＷＺＪ两端实际也就是一个　

小电容，ｗＺＪ周围电缆电容因并联容抗相加，产生较大的电容效应，　

当直流电压因扰动有突变时，在ｗ　两端聚集了大量电荷，聚集的电　

荷放电使ＷＺＪ导通。同时，由于瓦斯跳闸继电器电阻过大，小的直流　

电流扰动就会产生较大的电压，达到了瓦斯跳闸继电器的动作电压　

（该继电器为电压型），＃Ｏ所用变重瓦斯误动作跳开３８６开关。　

３回路改造措施　

昭关变电所所用变非电量保护中仅重瓦斯保护投跳闸，误动后影　

响最大，反措的重点是要通过改进继电保护二次回路，提高重瓦斯保　

护启动功率，增强保护装置的抗干扰能力，主要方案有以下几种。　

（１）更换ＮＥＰ９８０３保护装置非电量保护插件，装置插件上３种非　

电量保护包括油温保护，分接头保护，瓦斯保护回路均正常，仅重瓦　

斯中间继电器功率不够，并且考虑到可以通过其它简便方法达到要　

求，没有必要更换整个插件。　

（２）在ＮＥＰ９８０７装置４Ｘ１７、４Ｘ２７端口并联电阻，增加启动功　

率。如果采用此方案，可保持原设计回路不变，仍保留内部编程、开　

出接点跳闸和保护网络发信功能，但不能避免电阻发热对装置端口和　

端子排的影响，元件热稳定性差，运行不稳定，故不采用此方案。　

（３）在保护装置端口并联热稳定性能好的大功率重动继电器，　

以达到出口继电器功率要求。这样既可以保持原设计回路不变，方便　

改造，又可满足各方面要求，经反复讨论厂家和运行方认为此种方案　

可行并比较适合本所实际。为了提高装置可靠性，采用厂家专门设计　

的用于提高装置开入量和跳闸回路的ＮＥＰ—ｋＪ重动继电器，提高抗干　

扰性能。该继电器的原理见图３所示，其中ｌ为开入量或跳合闸，４为　

开入量或操作负电源，５、６￣７常闭接点，７、８￣７常开接点。ＮＥＰ—　

ｋＪ重动继电器在电感线圈两端并联了合适的电容，可以减小变压器故　

障或外部扰动时电流突变对继电器线圈的损伤，提高继电器的使用寿　

命。ＮＥＰ—ｋＪ重动继电器的参数为额定电压：１１０Ｖ，额定电阻：　

３８０ＩＩ。昭关变直流为１１０　Ｖ，用并联的方法便使启动功率达到５ｗ，　

验算过程如下：　

Ｒ＝３００００／／３８０＝３００００ｘ３８％００００＋３８０＝３７５．２０　

Ｐ＝　＿６％５　３Ｗ＞５Ｗ　

表５锅炉统进水水质指标与反渗透出水水质对比　（５）节能技术经济分析。稠油污水回用热采锅炉主要有利条件　

有水温高、可回收热能、节约清水资源和减少无效回注水量。①计算　

参数。处理后稠油污水温度５Ｏ℃，清水温度ｌ５℃。燃料油热焓　

１００００Ｋｃａｌ／ｋｇ。燃料油价格１０００元／ｔ，清水资源费３元／　。水的比热　

１Ｋｃａｌ／ｋｇ・ｏＣ。②节能产生的经济效益计算。热能回收费３．５元／ｍ　，　

年费用３５万元（按每１３井ｔ０００ｍ￣计，年１００井次）。节约清水资源费　接线如下图所示，用ＮＥＰｋＪ重动继电器中的１、４接点接到　

ＮＥＰ９８０３保护装置重瓦斯回路的节点上（见图４）。　

４３　ＮＥＰ—ＫＪ重动继电器原理图４４重瓦斯回路改造４　

４结语　

本文分析了昭关变电所所用变重瓦斯保护误跳闸事故原因，并提　

出了切实可行的改进方案。２００６年１１月１日，昭关变电所按照上述方　

法对两台所用变进行了反措之后，至今运行可靠，实践证明改造是成　

功的。　

瓦斯保护跳闸继电器功率不够致使保护装置抗干扰性能降低，不　

仅操作干扰中可能会误动，而且在冲击负荷干扰、变压器励磁涌流产　

生的干扰、电焊产生的干扰和直流系统接地产生的干扰中都易误动。　

此类事故在其它的变电所主变压器上也曾发生过影响较大，因此必须　

引起重视，建议各变电所在保护年间的时对其进行检查确认。　

在电气二次设备的选择上不仅要遵守《电力装置的继电保护和自　

动装置设计规范》的有关要求，同时也不能忽视《电力系统继电保护　

及安全自动装置反事故措施要点》的有关要求，确保继电保护无误动　

和拒动等发生。　

参考文献