某抽水蓄能电站主变压器低压闭锁过流保护动作原因分析及改造方案

宋泽超，张 浩，刘 勇，胡峰超

（山西西龙池抽水蓄能电站有限责任公司，山西省忻州市 034000）

0 引言

主变压器复合低压闭锁过流保护作为主变压器压器差动保护的后备保护，在主变压器高压侧低电压或者负序电压条件满足后，并且电流大于定值时动作于跳主变压器高压侧断路器。但在实际运行中，因存在主变压器高压侧电压互感器（TV）二次侧断线、二次空气开关跳闸等因素的影响[1]，主变压器负载运行时，存在主变压器高压侧TV二次侧电压为零或者负序电压出现的情况。针对这一问题，在主变压器复合低压闭锁过流保护的基础上增设TV断线闭锁判据[2]，实现当主变压器高压侧TV二次侧断开时闭锁保护出口的功能[3]。

1 问题描述

某月19日，该抽水蓄能电站500kV系统合环运行；500kV系统全保护运行；1、2、3号机组发电工况运行，分别带负荷150MW；10kV厂用电Ⅰ段带Ⅲ段联络运行，Ⅱ段独立运行。

16：56：28，3号机组发电工况并网，带负荷150MW；17：14：56，3号机组AGC设置为300MW；17：15：33，3号主变压器低压闭锁过流B套（27/51T）保护动作；17：15：33，3号机组紧急跳机。

2 原因分析

2.1 情况梳理

3号主变压器低压闭锁过流保护共配置两套，分别布置在3号主变压器保护A、B盘内，作为主变压器压器差动保护的后备保护，信号取自3、4主变压器联合单元TV02、TV03和3号主变压器高压侧电流互感器（TA）TA06（3、4号主变压器保护A盘共用TV02，3、4主变压器保护B盘共用TV03），该保护由低电压或者负序电压条件满足后，并且电流大于定值时经过延时动作跳本联合单元机组出口断路器及相关500kV断路器[4]。负序电压Q60设置两套，硬件分别装于A、B盘中，测量主变压器压器高压侧负序电压，可通过外部回路调整延时。主变压器低压闭锁过流保护定值为U=0.7Un，I=0.2In，t=2s；Q60保护定值U2=4V，t=0.32s[7]；主变压器低压闭锁过流保护通过2号短电缆保护远传通道经远跳判别装置跳主变压器高压侧断路器，远跳判别装置控制字为二取一加就地判据，就地判据为零序过流、负序过流、电流突变。

缺陷发生时，机组正在调整负荷，接近主变压器低压过流保护定值0.2In，主变压器低压闭锁过流保护仅B套动作，且相应500kV断路器未跳开。

2.2 问题排查

（1）检查机组故障录波信息见图1。机组故障录波显示主变压器高压侧电压电流三相为正弦波形，无尖峰及突变，不存在负序及低电压情况。

图1 机组故障录波信息Figure 1 Unit fault recording information

（2）检查保护动作日志。某月19日17：15：31，主变压器低压闭锁过流保护信号启动，延时2s后，17：15：33，主变压器低压闭锁过流保护动作出口。

（3）查看保护采样值，显示电压采样值为0V；在保护盘柜处使用万用表测量TV二次侧电压，电压为0V。

（4）检查3、4号主变压器联合单元TV空气开关，空气开关为跳开位置。

（5）检查监控日志：监控系统报警信息 5DI1192 VT PROTECTION SW AND MCCB TRIP OFF（MT34），3/4 主变压器联合单元保护用TV空气开关跳开。按照反措要求，保护应具备TV断线闭锁功能，但现场未按要求整改落实到位，TV二次侧空气开关跳开后未能闭锁相关保护。

（6）检查地面2号短电缆保护远跳判别装置故障信息。某月19日17：15：33，通道1跳令出现，通过保护录波图可见无零序及负序电流，就地判据不满足，通道1跳令4s后超时。

2.3 保护原因分析

3号主变压器低压闭锁过流保护共配置两套，分别布置在3号主变压器保护A、B盘内，作为主变压器压器差动保护的后备保护，电压信号取自3、4号主变压器联合单元TV02、TV03（3、4号主变压器保护A盘共用TV02，3、4号主变压器保护B盘共用TV03）；电流信号取自3号主变压器高压侧TA06。该保护由低电压或者负序电压条件满足后，并且电流大于定值时，经过延时动作跳本联合单元机组出口断路器及相关500kV断路器[9]。当主变压器空载或负载运行时，主变压器高压侧电压值为额定值，当主变压器停电时，主变压器高压侧电流为零，二者均不会引起保护动作，只有当主变压器高压侧电压严重降低并且电流超过额定值，例如相间短路时，才会引起保护动作[8]。保护定值中电流值设定为0.2In，躲过了主变压器非故障时的情况，满足DL/T 684中该保护电流定值不小于变压器额定电流值的要求（27/51T电流从主变压器高压侧的TA取值，该TA的变比是2500：1，主变压器额定容量为360MVA，主变压器高压侧额定电压为527.87kV，功率因数为0.85，TA一次侧额定电流为463A，对应TA二次侧额定电流就是0.185A，保护定值是0.2In，装置额定电流为1A，则装置内设定的保护实际定值即为0.2A，大于TA二次侧额定电流值，满足要求）。负序电压Q60设置两套，硬件分别装于A、B盘中，测量主变压器压器高压侧负序电压，可通过外部回路调整延时。主变压器低压闭锁过流保护定值为U=0.7Un，I=0.2In，t=2s；Q60保护定值U=4V，t=0.32s；主变压器低压闭锁过流保护通过2号短电缆保护远传通道经远跳判别装置跳主变压器高压侧断路器，远跳判别装置控制字为二取一加就地判据，就地判据为零序过流、负序过流、电流突变。

事件发生前，机组负荷上升过程中，达到主变压器低压过流保护定值0.2In，主变压器低压闭锁过流保护仅B套动作，相应500kV断路器未跳开。

2.4 确定故障点

根据上述排查情况，某月19日10：59，3、4号主变压器联合单元TV03二次侧空气开关=B01+AB12-Q1002跳开后，3、4号主变压器B套低压过流保护均满足了“低压”条件；16：56，3号机组发电启动后，150MW升至300MW过程中，“过流条件”满足后，发令跳出口断路器和远跳500kV断路器；3号机组跳闸是保护装置正确动作的结果，500kV断路器保护装置由于不满足本地判据收令后未出口。

可以判断，由于3、4号主变压器联合单元TV03二次侧空气开关=B01+AB12-Q1002跳闸，造成保护动作。

3 TV断线闭锁保护出口配置情况

（1）短电缆保护，短引线保护，断路器保护，线路保护均设置了TV断线报警。线路保护后备保护的过电压保护设置了TV断线闭锁保护出口。

（2）主变压器保护的低压闭锁过流保护未设置TV断线闭锁保护出口。

（3）机组保护的低电压保护、低压过流保护、电压相序保护、低频保护、抽水低功率保护未设置TV断线闭锁保护出口。

4 主变压器及机组保护TV断线功能完善改造方案

4.1 方案设计

解决办法：外部增加一个电压比较模块见图2，进行两组电压比较，继电器型号为RXBA。

图2 电压比较模块Figure 2 Voltage comparison module

4.2 方案实施

新增两个继电器安装于主变压器保护与发电电动机组及励磁变保护B盘箱内，TV断线保护接线简图及说明见图3、图4。

图3 2号主变压器TV断线保护接线简图及说明Figure 3 Wiring diagram and description of main transformer PT break protection

图4 2号机组TV断线保护接线简图及说明Figure 4 Wiring diagram and description of the unit PT break protection

功能说明：TV断线保护主要通过电压比较继电器实现。电压比较继电器主要功能为两侧电压不一致（U1＞U2或U2＞U1）时，分别开出不同的信号，即在单套保护TV断线时仅闭锁本套保护出口，另一套保护动作不受影响。本次TV断线保护闭锁功能完善，对主变压器保护的低压过流保护（27/51T），机组保护的低电压保护（27M）、低压过流保护（27/51）、电压相序保护（47）、低频保护（81）、抽水低功率（37M）进行了功能完善[6]。

在检修时，通过对主变压器保护的低压闭锁过流保护（27/51T），机组保护的低电压保护（27M）、低压过流保护（27/51）、电压相序保护（47）、低频保护（81）、抽水低功率（37M）保护等的试验，确定电压比较继电器能够正确动作，并且能够有效的闭锁保护动作[5]。

5 总结

此次TV断线保护闭锁功能完善，主要通过电压比较继电器实现对主变压器保护的低压闭锁过流保护（27/51T），机组保护的低电压保护（27M）、低压过流保护（27/51）、电压相序保护（47）、低频保护（81）、抽水低功率（37M）保护闭锁，使得保护装置在电压互感器二次回路一相、两相或三相同时断线、失压时，可以发告警信号，并闭锁可能误动作的保护，从而进一步提高本单位保护动作的正确性，为电网的稳定运行提供保障。其优化思路可为TV断线闭锁装置的设计及应用提供经验。