周愛鋒

(西山煤電(集團(tuán))公司 發(fā)電分公司，山西 太原 030200 )

變電站是電力系統(tǒng)的樞紐，變壓器是變電站的主要設(shè)備，一旦發(fā)生雷電事故，停電的影響面很大，特別是變壓器等主要設(shè)備的內(nèi)絕緣擊穿后，沒有自動恢復(fù)功能，使得停電時間比較長，停電范圍比較廣。而變電站變壓器的雷害主要有兩方面的原因:1)直擊雷，即雷電直接擊中變電設(shè)備的變壓器。2)另一種是感應(yīng)雷，即雷電通過架空線路的感應(yīng)過電壓或直擊雷過電壓形成的雷電波侵入變壓器內(nèi)，造成變壓器跳閘。下面對某110 kV 變電站主變壓器雷擊跳閘事故進(jìn)行分析。

1 設(shè)備概況

某變電站2 臺主變型號:SFPSZ7－63000/110，1988 年投入運行。變壓器進(jìn)、出線各側(cè)避雷器配置如下:

1)110 kV 側(cè)。110 kV 進(jìn)線側(cè)裝設(shè)HY10WZ2－102/266W 型避雷器，110 kV 母線裝設(shè)Y5W－100/248 型避雷器，主變110 kV 中性點裝有1 只Y1.5W－72/188W 型避雷器。

2)35 kV 側(cè)。主變35 kV 穿墻套管側(cè)裝設(shè)YH5WZ－51/134W 型避雷器，母線上裝設(shè)Y5W－51/134W 型避雷器;配出線共8 條，且所有配出線開關(guān)負(fù)荷側(cè)及線路首端、末端都裝有避雷器。

3)6 kV 側(cè)。6 kV 套管側(cè)裝設(shè)HY5WZ－10/27型氧化鋅避雷器，母線上裝設(shè)FS3－6 避雷器。配出線共11 條，且所有配出線開關(guān)負(fù)荷側(cè)及線路首端、末端都裝有避雷器。

4)站內(nèi)新安裝的5 座避雷針和新接地網(wǎng)進(jìn)行接地電阻測試，測試結(jié)果避雷針接地電阻均在4 Ω 以下(標(biāo)準(zhǔn)值是10 Ω 以下)。站內(nèi)的主接地網(wǎng)在0.5 Ω以下。

2 事故經(jīng)過

X 日15:00 左右，某110 kV 變電站周圍氣候狀況異常惡劣，雷電猛烈且頻繁落雷。

15:23，6 kV 612 開關(guān)電流II 段保護(hù)動作(經(jīng)巡線檢查發(fā)現(xiàn)612 線路5 號桿B 相避雷器遭雷擊損壞)。

15:34，1#主變失電，1#主變?nèi)齻?cè)131 開關(guān)、401開關(guān)、601 開關(guān)跳閘，后臺報文:1#主變主保護(hù)比率差動動作;1#主變非電量保護(hù)本體重瓦斯動作;1#主變非電量保護(hù)本體輕瓦斯動作。

15:37，對1#主變35 kV、6 kV 進(jìn)行檢查，當(dāng)時雷電頻繁，為確保人身安全，不能到1#主變進(jìn)行現(xiàn)場檢查。經(jīng)全面檢查35 kV、6 kV 套管、母線、互感器及避雷器設(shè)備完好無異常，配出線路沒有跳閘現(xiàn)象。1#主變35kV 進(jìn)線401 開關(guān)、6 kV 進(jìn)線601 開關(guān)在分位。

16:10，對1#主變及110 kV 側(cè)進(jìn)行全面檢查，主變?nèi)齻?cè)套管、母線、互感器及避雷器設(shè)備完好無異常，1#主變131 開關(guān)在分位，判斷為主變內(nèi)部故障引起。

3 事故現(xiàn)象

1)差動整定動作值為1.653 A ，B、C 相差動電流均超過整定值，變壓器主保護(hù)正確動作。

差動速斷電流值見表1。

表1 差動速斷電流值表 /A

2)1#變壓器本體輕瓦斯、重瓦斯動作。3)避雷器動作情況，見表2。

表2 避雷器動作情況表 /次

從表2 可以看出，1#主變35 kV 側(cè)多次受到雷電沖擊。其余各處避雷器無動作指示，主變中性點放電間隙無放電痕跡。

4 事故分析

1#主變是在雷雨極端天氣下發(fā)生的，而且是在雷擊最猛烈時段出現(xiàn)的，由此可確定引發(fā)事故的直接原因是雷擊。由于設(shè)備外觀檢查無明顯受雷直擊的痕跡，變電站所轄設(shè)備均在5 根獨立避雷針的配合保護(hù)范圍之內(nèi)，各避雷針的接地阻值均在4 Ω 以下，接地網(wǎng)電阻在0.5 Ω 以下，符合規(guī)程規(guī)范，所以，本次事故應(yīng)排除變壓器受直擊雷引起的事故。而是由于35 kV 出線所處地勢復(fù)雜，所裝設(shè)的避雷線保護(hù)范圍受(地勢、河流、云層、土壤電阻率、安裝質(zhì)量等)諸多因素的影響，大量雷電出現(xiàn)在35 kV 線路上，其間35 kV－I 段母線避雷器C 相動作3 次。35 kV 線路避雷器總計動作8 次。由此可見，35 kV 系統(tǒng)在這樣高密度的雷電波沖擊下，避雷器不可能將所有雷電侵入波的陡度或幅值降到安全值，而其殘留的剩余電壓和工頻耐壓沿接地引線對變壓器多次造成反擊，最終引發(fā)以上事故(這是1#主變遭雷電損壞的主要原因)。

所以，造成1#主變損壞的原因有:

1)繞擊雷頻繁擊中35 kV 線路，造成雷電波侵入變壓器。

2)連續(xù)的雷擊從35 kV 側(cè)避雷線保護(hù)區(qū)外侵入線路、變壓器。

3)變壓器多次受到近區(qū)短路電流或過電壓的沖擊，致使變壓器繞組間結(jié)構(gòu)已發(fā)生變化。

4)1#變壓器運行25 年，雖經(jīng)過2011 年大修，但各部件性能已發(fā)生變化，經(jīng)多次短路和雷電沖擊后絕緣強度降低，有可能造成變壓器內(nèi)部繞組絕緣損壞擊穿。

5)35 kV 線路絕緣水平提高，薄弱環(huán)節(jié)減少，且變電站的絕緣低于線路的絕緣水平，極有可能將雷電波直接經(jīng)線路引入變電站。

5 建議采取的措施

1)由于35 kV 線路遭雷擊頻繁，有必要全線全桿塔架設(shè)線路氧化鋅避雷器，且防雷等級不得高于變電站。

2)將35 kV 線路首端兩級鐵塔設(shè)為薄弱環(huán)節(jié)，即將首端兩級避雷器放電間隙距離設(shè)置小于全線路其它避雷器的放電間隙。

3)對35 kV 所有線路接地電阻再次進(jìn)行全面測試，采取措施降低線路桿塔接地電阻在10 Ω 以下。

4)多雷區(qū)變電站要在變壓器35 kV 中性點側(cè)加裝1 個避雷器(須經(jīng)專家進(jìn)一步論證)。

5)加強對變壓器檢測，對運行15 年以上變壓器，要進(jìn)行全面狀態(tài)評估，尤其對運行多年的舊變壓器，近期短路后應(yīng)進(jìn)行變壓器繞組變形測量，必要時做吊罩檢修處理，防止累積效應(yīng)造成變壓器繞組損壞。

6)變壓器35 kV 側(cè)線路容性電流超過10 A 時，應(yīng)裝設(shè)自動跟蹤補償功能的消弧線圈，防止弧光過電壓對變壓器的沖擊。

7)提高變壓器保護(hù)功能，滿足保護(hù)動作時間小于變壓器承受短路能力的持續(xù)時間，中低壓側(cè)加相間電流限時速斷保護(hù)，其電流整定值與時限均與出線電流速斷相配合，重要變壓器要加裝母線保護(hù)。

8)采取措施降低變壓器短路電流，6 kV 側(cè)不超過16 kA，35 kV 側(cè)不超過20 kA(高低壓側(cè)阻抗可選16% ～17%)。

綜上所述，變電站的變壓器防雷保護(hù)具有重要意義。