曾家斌，李 昂

(自貢電業(yè)局，四川 自貢 643000)

0 引言

近年來(lái)，自貢電業(yè)局發(fā)生數(shù)起35 kV 主變壓器因雷擊過(guò)電壓造成絕緣損壞故障，經(jīng)試驗(yàn)及吊芯檢查發(fā)現(xiàn)，發(fā)生故障的主要原因是由于繞組、主絕緣和引線(xiàn)等部位的絕緣問(wèn)題引起的，薄弱的絕緣在系統(tǒng)短路時(shí)由于短路電流耐受能力不夠?qū)е掳l(fā)生故障以及雷電過(guò)電壓引起的主變壓器絕緣損壞事故。下面對(duì)一起35 kV 小型農(nóng)村變電站主變壓器因雷擊造成絕緣損壞事故進(jìn)行分析，制定改進(jìn)主變壓器防雷技術(shù)方案。

1 事故概況

1.1 事故發(fā)生經(jīng)過(guò)

某35 kV 小型農(nóng)村變電站，有1 回35 kV 進(jìn)線(xiàn)，4 條10 kV 饋線(xiàn)，由單臺(tái)主變壓器供電。該主變壓器容量6 300 kVA，于2008年12月出廠(chǎng)，2011年6月投運(yùn)。2011年7月23 日03 時(shí)30 分，該站附近電閃雷鳴，風(fēng)雨大作。當(dāng)天13 時(shí)01 分，該站1 號(hào)主變壓器重瓦斯、輕瓦斯保護(hù)及差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，主變壓器高、低壓側(cè)開(kāi)關(guān)跳閘，10 kV 母線(xiàn)失壓，4 條10 kV饋線(xiàn)速斷保護(hù)動(dòng)作跳閘，全站失壓。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)外觀(guān)檢查，發(fā)現(xiàn)瓦斯繼電器內(nèi)積聚了500 mL 氣體，初步判斷變壓器內(nèi)部經(jīng)受了嚴(yán)重的故障。事故時(shí)，該站為單線(xiàn)單變壓器結(jié)構(gòu)，主變壓器負(fù)荷為2 300 kVA，35 kV 進(jìn)線(xiàn)側(cè)裝有一組YH5WZ－51 型復(fù)合式絕緣氧化鋅避雷器，主變壓器低壓側(cè)母線(xiàn)橋處裝有一組YH5WZ－17/45 型復(fù)合式絕緣氧化鋅避雷器。變電站由兩支與主網(wǎng)相連的針式避雷針構(gòu)成防直擊雷保護(hù)，其與主網(wǎng)接地電阻為0.38 μΩ。

1.2 事故后試驗(yàn)檢查情況

1.2.1 雷電情況

通過(guò)該局建立的雷電定位系統(tǒng)終端，查詢(xún)到如下數(shù)據(jù):23 日03 時(shí)30 分至04 時(shí)00 分，半小時(shí)內(nèi)該片區(qū)有6次不同程度的雷電，最強(qiáng)一次落雷位置的緯度為104.814 3，經(jīng)度為29.389 0，雷電流幅值為－47.6 kA。使用全球定位系統(tǒng)GPS 測(cè)量得到變電站內(nèi)主變壓器處坐標(biāo)位置為緯度104.812 9，經(jīng)度29.393 8?？紤]GPS 的測(cè)量誤差，可以認(rèn)為雷擊于變電站附近。但未查詢(xún)到雷擊于站內(nèi)或站外附近電力設(shè)備使外絕緣閃絡(luò)的任何跡象，因而落雷應(yīng)直擊于變電站附近。但是在發(fā)生雷擊時(shí)，并沒(méi)有立即引起主變壓器保護(hù)動(dòng)作，說(shuō)明在發(fā)生雷擊時(shí)，傳到主變壓器內(nèi)部的雷擊電壓強(qiáng)度不足以完全破壞繞組絕緣;故障延遲了9 個(gè)多小時(shí)之后在13 時(shí)01 分才發(fā)生，表明還有其他因素導(dǎo)致了事故的產(chǎn)生。

表1 主變壓器高壓繞組直流電阻值

表2 35 kV 1 號(hào)主變壓器色譜分析報(bào)告

1.2.2 電氣試驗(yàn)

事故后，測(cè)試主變壓器高低壓側(cè)繞組絕緣電阻、介質(zhì)損耗因數(shù)合格。高壓繞組直流電阻線(xiàn)間最大差別值(0.632%)不大于三相平均值的2%;與交接相同部位測(cè)得值比較，其變化不大于2%(見(jiàn)表1)，低壓電阻無(wú)明顯變化。通過(guò)常規(guī)高壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)判斷:該主變壓器35 kV 高低壓繞組線(xiàn)圈沒(méi)有發(fā)生嚴(yán)重的貫穿性集中故障、整體受潮或貫通性受潮，有可能產(chǎn)生過(guò)局部匝間短路故障。

1.2.3 油色譜分析

事故后，分別取氣樣和主變壓器本體油樣作色譜分析，結(jié)果如表1 所示。該主變壓器色譜數(shù)據(jù)中，乙炔含量超出注意值5 μL/L，總烴含量接近注意值150 μL/L(見(jiàn)表2)。經(jīng)三比值法計(jì)算得出該組數(shù)據(jù)的三比值為102，故障類(lèi)型判斷為高能量電弧放電。另外，色譜中含有大量二氧化碳及一氧化碳，尤其以二氧化碳為主，說(shuō)明變壓器內(nèi)部曾經(jīng)發(fā)生過(guò)強(qiáng)烈過(guò)熱，導(dǎo)致紙或某些絕緣材料過(guò)熱分解產(chǎn)生。

1.2.4 主變壓器吊罩檢查情況

圖1 A 相繞組放電部位

圖2 C 相繞組放電部位

24 日，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)該主變壓器進(jìn)行了吊心檢查。解開(kāi)35 kV 繞組的外圍屏，發(fā)現(xiàn)高壓繞組存在多處明顯放電痕跡。第一，C 相高壓線(xiàn)圈自下往上第9 餅與第10 餅之間嚴(yán)重?zé)龘p，第10 餅繞組最外一根銅線(xiàn)糾結(jié)處明顯變形，線(xiàn)圈上所包絕緣紙成散花狀掉落于線(xiàn)圈底部，電氣故障點(diǎn)位于第9 餅與第10 餅之間，有明顯的放電痕跡，銅線(xiàn)裸露并有部分燒熔，但放電容量不大。第二，A 相高壓線(xiàn)圈自下往上第3餅與第4 餅之間輕度燒損，最外一層銅線(xiàn)外絕緣紙脫落，線(xiàn)圈底部絕緣紙板上留有少量銅屑，銅線(xiàn)裸露并有部分燒熔。第三，在B、C 相引線(xiàn)上有多個(gè)放電電弧在絕緣紙上留下的黑色痕跡。

2 分析總結(jié)

在2011年7月23 日03 時(shí)左右，該主變壓器周?chē)?次不同程度的感應(yīng)雷電作用于進(jìn)線(xiàn)及主變壓器高壓側(cè)，造成進(jìn)線(xiàn)避雷器計(jì)數(shù)器共動(dòng)作計(jì)7次(其中A 相1次，B 相2次，C 相4次)。由于某次直擊于變電站附近幅值比較大的落雷，在主變壓器35 kV 側(cè)過(guò)渡引線(xiàn)上形成渡頭較緩的雷電感應(yīng)過(guò)電壓。此時(shí)雷電波沿導(dǎo)線(xiàn)兩端行進(jìn)，一側(cè)經(jīng)主變壓器開(kāi)關(guān)至35 kV 進(jìn)線(xiàn)，由線(xiàn)路氧化鋅避雷器動(dòng)作放電;另一側(cè)雷電波直接侵入變壓器35 kV 繞組。在雷電波入侵的作用下，由于變壓器繞組各匝間對(duì)地電容的分流影響，繞組中各部分的初始電壓分布是不均勻的，愈靠近首端，匝間電位差愈大，電位梯度愈高。也就是說(shuō)，當(dāng)超過(guò)變壓器全波沖擊耐壓水平的雷電波入侵主變壓器時(shí)，首先損壞的應(yīng)該是高壓繞組的主絕緣或首端幾餅線(xiàn)圈，而從故障部位來(lái)判斷，卻發(fā)生在線(xiàn)圈的接近尾端部，主絕緣沒(méi)有放電痕跡，匝間短路時(shí)放電容量很小。這就足以說(shuō)明，事故時(shí)并沒(méi)有超過(guò)變壓器全波沖擊耐壓水平的雷電波入侵到變壓器的35 kV 線(xiàn)圈繞組，且主變壓器原來(lái)存在局部絕緣薄弱點(diǎn)。在這些雷電沖擊作用下，這些絕緣薄弱點(diǎn)產(chǎn)生局部放電并且自熄，使得放電處絕緣降低并在其外部絕緣紙上留下黑色的放電痕跡。由于上午該片區(qū)負(fù)荷比較低，該主變壓器繼續(xù)帶病運(yùn)行。到中午用電高峰到來(lái)時(shí)，該負(fù)荷高峰逐漸加劇了主變壓器高壓繞組絕緣薄弱點(diǎn)的惡化。13∶1'，由于電流超過(guò)受損絕緣耐受臨界值，主變壓器內(nèi)部高溫過(guò)熱，產(chǎn)生大量一氧化碳和二氧化碳，發(fā)生匝間電弧放電，致使線(xiàn)餅絕緣受到嚴(yán)重破壞，導(dǎo)致主變壓器重瓦斯及差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作造成事故發(fā)生。

3 35 kV 小型變電站主變壓器防雷措施改進(jìn)

針對(duì)事故的發(fā)生，提出技術(shù)反措并實(shí)施驗(yàn)證，才是進(jìn)行故障分析、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)的目的，通過(guò)分析總結(jié)，提出如下幾方面的防雷改進(jìn)措施。

(1)為了避免主變壓器高壓側(cè)過(guò)渡引線(xiàn)上雷電感應(yīng)過(guò)電壓對(duì)高壓繞組主絕緣及匝間絕緣的影響，在雷擊多發(fā)片區(qū)，應(yīng)盡量在主變壓器高壓側(cè)安裝一組避雷器，充分保障主變壓器在雷擊情況下的安全運(yùn)行。

(2)從主變壓器事故吊芯情況看，高壓繞組線(xiàn)圈有不同程度的變形及多處放電現(xiàn)象。對(duì)于這種SZ9 型產(chǎn)品，近年來(lái)因雷擊而導(dǎo)致主變壓器繞組變形匝間短路損壞的數(shù)量明顯上升，應(yīng)引起制造廠(chǎng)家的足夠重視，除了從設(shè)計(jì)和制造工藝上嚴(yán)格把好質(zhì)量關(guān)外，如有條件，35 kV 電力變壓器應(yīng)通過(guò)突發(fā)短路試驗(yàn)以考核產(chǎn)品的動(dòng)穩(wěn)定能力，提高運(yùn)行的可靠性。

(3)結(jié)合大修應(yīng)加強(qiáng)35 kV 電力變壓器縱絕緣。SZ 9 型高壓繞組應(yīng)加強(qiáng)其層間絕緣，經(jīng)過(guò)加強(qiáng)絕緣的變壓器在沖擊試驗(yàn)及運(yùn)行中均未發(fā)生雷擊損壞事故。

(4)應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行電力系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)程和調(diào)度規(guī)程，提高運(yùn)行人員的技術(shù)素質(zhì)，逐步使運(yùn)行管理規(guī)范化。采取有效措施，減少近區(qū)短路的發(fā)生次數(shù)，加強(qiáng)配電線(xiàn)路及變電設(shè)備運(yùn)行維護(hù)。運(yùn)行中若發(fā)生變壓器主保護(hù)動(dòng)作或10 kV 母線(xiàn)出口短路，必須進(jìn)行全面檢查，尤其當(dāng)查不到主變壓器外部設(shè)備故障時(shí)，應(yīng)對(duì)變壓器進(jìn)行電氣試驗(yàn)及油分析化驗(yàn)，判斷無(wú)問(wèn)題后方可投運(yùn)。嚴(yán)禁只根據(jù)外部跡象盲目將已存在故障的變壓器再次投運(yùn)。

4 結(jié)語(yǔ)

重點(diǎn)分析一起由于雷電感應(yīng)過(guò)電壓誘發(fā)35 kV主變壓器高壓繞組絕緣降低，最終因當(dāng)?shù)赜秒娯?fù)荷高峰到來(lái)而導(dǎo)致主變壓器繞組匝間短路故障的原因。有針對(duì)地找出了事故所暴露的問(wèn)題，并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施，對(duì)35 kV 小型農(nóng)村變電站主變壓器防止過(guò)電壓事故發(fā)生有一定實(shí)用價(jià)值。

［1］DL/T 596－1996，電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程［S］.

［2］GB 7252－87，變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則［S］.

［3］操敦奎.變壓器油色譜分析與故障診斷［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2010.

［4］李建明，朱康.高壓電氣設(shè)備試驗(yàn)方法［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2008.