宝钢湛江钢铁有限公司炼钢厂 广东省湛江市
摘要：针对湛江炼钢厂因直流系统接地而引发的变压器非电量保护误动作跳闸故障，通过对变压器非电量保护回路存在问题的原因分析，进而实施了对变压器非电量保护回路的改进优化；经过在2018年4月至10月期间的应用验证，改进后的变压器非电量保护误动作跳闸故障再未发生，由此提高了变压器非电量保护的可靠性、同时也保障了变压器的安全运行，其非电量保护回路的改进优化效果十分显著。
关键词：变压器；非电量保护；误动作跳闸；优化
前言
非电量保护[1]是指由非电气量反映的故障动作，一般是指保护的判据不是电量（电流、电压、频率、阻抗等），而是非电量，如瓦斯保护（通过油速整定）、温度保护（通过温度高低）、防爆保护（压力释放阀）等。变压器非电量保护回路是由外接直流±110V的电压、外部干接点和变压器综保装置组成。从变压器本体来的非电量信号（主要包括本体重瓦斯、压力释放、本体轻瓦斯、油温过高等）经开关量输入端输入保护装置，保护装置在接收到非电量信号后根据控制字决定跳闸或发信报警。在跳闸或发信报警的同时进行事件的记录，并通过接口将记录上传至后台电脑。
非电量保护是变压器保护系统中的主要保护内容，自湛江炼钢厂投产以来因变压器非电量保护误动作跳闸曾经造成了铁钢分析中心1#与2#动力变压器、副原料1#与2#动力变压器、铁合金1#与2#动力变压器、2#RH动力变压器、1#与2#脱硫动力变压器失电，并对整个炼钢生产造成了严重的影响。
为了尽快降低变压器非电量保护误动作跳闸的故障率，减少和降低由此对炼钢生产所带来的不利影响与经济损失，亟须对变压器非电量保护回路进行改进优化，并期望以此能够提高变压器非电量保护的稳定性、降低其故障的发生率。
1 存在问题分析
1.1 存在问题
在投产初期，湛江炼钢厂区域内有多台变压器的保护装置在运行期间发生过非电量保护跳闸事件，但在查看了变压器本体后发现其相关的非电量保护参数均未达到动作值，随后在对保护装置做了继电保护试验后也未发现异常；接着对非电量回路进行了仔细检查，其中包括对变压器本体控制箱接线、继电器整定值校验、直流控制电源系统测试等，最后发现跳闸故障是由于直流控制电缆的绝缘程度降低所导致的。对此在更换了控制电缆使直流系统的接地现象消除后，非电量保护的跳闸故障也就消除了。
1.2 原因分析
变压器非电量保护误动作跳闸故障频发，究其原因是在其二次回路中存在着一定的故障隐患；下面分别对造成变压器非电量保护产生误动作跳闸的两种主要故障原因进行分析。
1.2.1 直流系统产生接地故障
直流系统[2]作为二次系统的重要组成部分，是继电保护、自动装置等的直流供电电源。直流系统的用电负荷极为重要，对供电的可靠性要求很高。当直流故障发生在继电保护、自动装置或者开关分合闸回路中时，就会使继电保护以及自动装置产生误动作。因为一般的跳闸、合闸线圈通常与电源的负极接通，若此时的电源正极（＋1KM）通过杂散电容[3]越过变压器温控器常开触点与保护装置形成回路（见图1）后就有可能引起误动作。经对现场控制回路逐一的排查后发现2#转炉1#锅炉给水泵变频器柜的控制电缆绝缘值降低，对直流电源进行测量的结果是直流电源对地电压正极为＋64V、负极为－156V，正常状态应该是对地电压为±110V；由于直流系统的电压都降低了，从而会引起变压器非电量保护产生误动作跳闸。
1.2.2 电气回路存在着杂散电容
在现实工况中，所有的电路元件，例如电感元件、二极管和晶体管都具有内部电容，这是避免不了的。湛江炼钢厂高压电气室内的高压开关柜比较多，其中的直流控制回路也比较多，同时铺设到现场的控制电缆也比较长；在这其中所产生的杂散电容就比较大，相应的感应电压也会很大，一旦在直流系统发生接地故障时，其保护装置就会很容易产生误动作。
在正常直流系统下杂散电容与直流电负极间的压差为110V，当直流系统接地时，直流系统的电压都会降低，其杂散电容与直流电负极间的压差就会增大，当压差大于140V时，保护装置就会默认有信号反馈；当保护装置接收到非电量信号后即会根据控制字决定跳闸或者发信报警，从而导致变压器非电量保护误动作跳闸，并对炼钢生产造成重大影响。
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图1改进前的电气回路
2 改进思路与对策
直流系统接地故障是导致变压器非电量保护误动作跳闸的直接原因，但是造成直流接地故障的原因有很多，例如：开关故障、控制电缆损坏、试验接地等，因此一方面需要点检人员在日常的维护工作中加强对直流系统的管理，在另一方面还必须加强对变压器非电量保护装置的抗干扰能力，其具体的改进思路如下。
2.1 非电量保护回路的改进思路
2.1.1 减小二次回路的杂散电容[4]
杂散电容与所处环境的温度、湿度、电缆敷设路径、电缆芯线以及现场的电介质有关；在导线长度远大与导线直径的情况下，两平行导线之间的杂散电容计算公式为：
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式中：C为线间电容； 为导线长度；d为导线间距；a为导体直径； 为介电常数。
杂散电容与导线长度、导体直径、介电常数成正比，而与导线间距成反比。介电常数与现场的湿度有关，湿度越大介电常数就越大，其杂散电容就越大。然而非电量回路的控制电缆都是铺设在室外的，因此通过降低湿度来减小介电常数以降低杂散电容的方法并不可行；由于现场铺设的导线长度、导线间距、导体直径都是已经固定的，若是要改变三个导线的参数，其工程量太大，现场很难实施。
2.1.2 加强变压器非电量保护回路的抗干扰能力
中间继电器[5]一般具有隔离的作用，在非电量保护回路中增加一个中间继电器能起到一个隔离杂散电容对信号干扰的作用（见图2）。对此在位于电源正极＋1KM处的变压器温控器常开触点端与电源负极－1KM端之间接入中间继电器GWJ的A1与A2，然后再通过中间继电器的辅助触点GWJ连接至变压器的保护装置In，这样就可以把杂散电容进行隔离，以达到加强对变压器非电量保护回路抗干扰的能力。改进后的保护回路工作原理：当变压器温控器触点闭合，中间继电器GWJ线圈得电，GWJ常开辅助触点闭合，变压器保护装置In接收到非电量信号后根据控制字决定跳闸或者发信报警。
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图2—改进后的电气回路
3 改进效果验证
3.1 改进效果
首先将改进的思路告知了原系统设计的设计院，并请设计院重新变更了高压柜的控制原理图，然后申请采购了中间继电器等相关的改进物料，最后利用2018年4月19日的定修停电时机，对湛江炼钢厂北区综合楼高压电气室内的3台变压器的非电量保护回路实施了现场改进；对于湛江炼钢厂其余的16台变压器由于仍在投运之中所以还将继续择机对其实施相应的改进。
3.2 改进结果验证
自2018年4月对北区综合楼高压电气室内的3台变压器实施了非电量保护回路的改进优化后，这3台变压器就再没有因为直流系统接地故障而导致非电量保护回路的误动作跳闸。为了进一步分析改进的效果，汇总了湛江炼钢厂北区综合楼高压电气室2018年4月至10月期间的接地故障以及误动作跳闸次数的统计数据，并分别对直流系统接地故障次数、未改进过的变压器非电量保护回路误动作跳闸次数与改进过的变压器非电量保护回路误动作跳闸次数进行了统计对比（见表1）。
表1 接地故障与误动作跳闸次数统计
根据表1，未改进过的变压器在直流系统发生接地故障时，其非电量保护回路误动作跳闸次数达到了2次，而实施改进过的3台变压器则再没有因为直流系统接地故障而引发非电量保护回路的误动作跳闸。
综上所述，通过对变压器非电量保护回路实施的改进优化，确实起到了消除直流系统接地故障对变压器非电量保护回路所带来的误动作跳闸的隐患作用，其对稳定整个炼钢区域的生产具有十分重要的意义。
4 结论
通过对变压器非电量保护回路进行改进优化，可以消除直流系统接地故障对变压器非电量保护回路误动作跳闸的隐患，从而提高了变压器非电量保护装置的可靠性，给变压器的稳定运行提供了保障。
参考文献：
[1]王焕焕，陈庆红，王莹，张志强等，CSC-200系列数字式保护测控装置[J]，2017，OSF.451.045
[2]于炳伟，梅中华，张保.直流系统接地故障事故分析及对策探索[J]，供用电，2016，33（3）：15-18.
[3]钱颖，部分电容和杂散电容[J]，电子世界，2013，17.
[4]汤磊，高厚磊，苏文博，解晓东，杂散电容对二次回路的影响及防范措施[J]，电力系统保护与控制，2010，38（22）
[5]李亮，中间继电器的隔离作用[J]，电工学习网，2014