3、4号主变空载态差动保护动作跳闸分析

刘梦迪，马锦彪

（国网新源控股有限公司潘家口蓄能电厂，河北 唐山 064300）

1 引言

某电厂3号机组检修期间进水口快速门提升充水平压过程中，通气孔下口位置距离充水阀出口位置较近，当充水阀打开时，水呈射流状喷到通气孔下沿，在通气孔进口处形成水帘，对通气孔排气存在一定的阻挡，闸门底部至充水阀处由于充水阀水流的遮盖作用存在一定量的气体无法顺利通过通气孔排出，当水充满钢管后，水流遮盖作用减小，气泡跟随着水流进入通气孔接近水面时破裂产生的浪涌从通气孔处喷出，喷出的水溅落在3号、4号主变高压侧裸露母线上，3号、4号主变高压侧引线接地，导致3、4号主变差动速断保护动作。

2 故障现象描述

3号机组检修期间进水口快速门提升充水平压过程中通气孔喷水造成3号、4号主变空载态差动保护动作跳闸。

故障前运行方式：潘遵Ⅰ回线、潘遵Ⅱ回线经母联开关联络运行；四母线带4号主变运行，五母线带2号主变、3号主变运行。厂用电系统：4号主变带厂用电Ⅱ段，厂用分段运行。机组：2号机组停机态、3号机组检修态、4号机组停机态。

故障后运行方式：潘遵Ⅰ回线、潘遵Ⅱ回线经母联开关联络运行；五母线带2号主变运行,3号主变退出运行，4号主变退出运行。厂用电系统：1号主变带厂用电全段运行。机组：2号机组停机态、3号机组检修态、4号机组停机态。

相关监控信息如下：

21-09-08 08：40：35，操作人员开始进行 3 号机组快速门提门操作；

21-09-08 08：58：35，将快速门充水阀提升到了145 mm进行钢管充水；

21-09-08 09：08：16，P20盘母差保护 4母电压开放报警动作；

21-09-08 09：08：16，P20盘母差保护 5母电压开放报警动作；

21-09-08 09: 09: 16，4号主变差动速断保护动作跳闸；

21-09-08 09: 09: 34，3号主变差动速断保护动作跳闸。

3 故障检查分析

收集现场信息并检查4号主变保护盘动作及报警信号，4号主变保护装置现场检查主变2套差动速断保护动作跳闸，高压侧相间后备保护启动，主变高压侧开关失灵保护启动，低压侧接地后备启动，保护装置及机组故障录波器内部信息如表1，波形图如图 1、图 2、图 3、图 4。

图4 3号主变差动速断保护动作电流波形

表1 4号主变保护4UPP2 动作记录

图1 4号主变差动速断保护动作主变高压侧电流波形

图2 4号主变高压侧电压波形

图3 4号故障录波器高压侧电流电压波形

3号主变保护装置现场检查主变2套差动速断保护动作跳闸，高压侧相间后备保护启动，主变高压侧开关失灵保护启动，低压侧接地后备启动，保护装置及机组故障录波器内部信息及波形图如表2：

表2 3号主变保护3UPP2 动作记录

图5 3号主变差动速断保护动作电压波形

图6 3号故障录波器高压侧电流电压波形

2次故障均产生较高零序电流及零序电压，如为两相故障则不应有零序电压故障量，因此排除不同设备间不同相两相故障。根据保护装置动作时间分析，2次保护动作相差18 s，且保护对时正常，因此排除不同设备间不同相间接地故障。因此最终可以判定此次故障分别为4号主变高压侧C相单相接地故障、3号主变高压侧A相单相接地故障。

4 故障处理过程

事件发生后，运维人员立即收集相关信息，对3、4号主变保护运行状态进行排查，检查是否存在保护误动，检查主变消防系统是否启动主变喷淋，监控系统运行是否正常。

检查4号主变保护运行正常，对差动速断保护回路检查及保护校验正常，通过保护录波及故障录波分析4号主变高压侧C相电压瞬间降低、电流明显增大。通过保护装置调取波形C相电流二次有效值达到68.668 A，单相差流超过主变差动速断保护启动定值（6Ie即13.122 A）从而导致差动速断保护动作，差动速断保护正确动作。检查3号主变保护运行正常，对差动速断保护回路检查及保护校验正常，通过保护录波及故障录波分析3号主变高压侧A相电压瞬间降低、电流明显增大。通过保护装置调取波形A相电流二次有效值达到71.487 A，单相差流超过主变差动速断保护启动定值（6Ie即13.122 A）从而导致差动速断保护动作，差动速断保护正确动作。监控系统运行正常，监控系统流程及控制逻辑正常，消防系统未启动主变消防喷淋。检查现场有喷水迹象，查看工业电视监控录像为通气孔（起到一定的调压作用）喷水，判断喷水造成3、4号主变高压侧接地。

有关曲线照片如图7、图8、图9可以证明以上分析。

图7 蜗壳压力曲线

图8 快速门开度曲线

图9 快速门现场开度指示（单位mm，充水阀全开显示250 mm，闸门全关＜100 mm，闸门全开8 000 mm。）

图10 快速门开度与蜗壳压力图

图11 通气孔喷水过程示意图

图12 现场水迹

上游水位为224.2 m，超汛限水位2.2 m，快速门提门过程中压力钢管充水平压难度增大；通过查阅蓄能机组原始设计资料通气孔按照经验值进行设计，通气孔面积1.13 m2，依据《水电站调压室设计规范》，参照阻抗式调压室第5.3.2条阻抗孔设计规范，阻抗孔面积为压力引水道或压力尾水道断面的25%~45%为宜，初步计算，现有通气孔面积为压力钢管断面面积（24.617 6 m2）的4.6%，初步怀疑通气孔无法满足要求。另外，通气孔下口位置距离充水阀出口位置较近，当充水阀打开时，水呈射流状喷到通气孔下沿，在通气孔进口处形成水帘，对通气孔排气存在一定的阻挡，闸门底部至充水阀处由于充水阀水流的遮盖作用存在一定量的气体无法顺利通过通气孔排出，当水充满钢管后，水流遮盖作用减小，气泡跟随着水流进入通气孔接近水面时破裂产生的浪涌从通气孔处喷出，喷出的水溅落在3、4号主变高压侧裸露母线上，3、4号主变高压侧引线接地，导致3、4号主变差动速断保护动作，2203开关、2204开关跳闸。事故后处理，检查主变本体及引线未发现异常；取主变油样进行色谱检测分析检测结果合格；联系调度进行主变送电操作正常。

5 防范措施

研究制定从根源上解决通气孔喷水问题的方案，主要包括4种方案：①将充水阀改造成针阀形式，方便控制充水阀过流量；②将充水阀出口高度下移至闸门中下部分，充水阀流出水量达不到通气口高度，无法形成水柱封锁通气孔，通气孔畅通情况下压力钢管内部空气能及时排除，消除喷水风险；③将快速闸门整体改造，将充水阀位置改为两端出水，与通气孔不在同一水平线内；④现在充水阀直径较大，将充水阀内部焊接挡板，减少出水量，通过控制出水量减缓充水速率。通过以上整改方案，3号、4号主变保护跳闸问题得到解决。