黃江浩，慕宗江，林文亮，王欣浩

(國(guó)網(wǎng)冀北電力有限公司張家口供電公司，河北 張家口 075000)

0 引 言

變壓器作為變電站的重要組成部分，能否穩(wěn)定可靠運(yùn)行與繼電保護(hù)息息相關(guān)。主變差動(dòng)是變壓器的主保護(hù)，既可以反應(yīng)變壓器內(nèi)部繞組相間及接地故障，又可以反應(yīng)引出線至電流互感器之間的相間及接地故障，可在一定程度上反應(yīng)出內(nèi)部繞組的匝間短路故障[1-2]。隨著全球環(huán)境形勢(shì)嚴(yán)峻，變電站受到臺(tái)風(fēng)、暴雨、雷擊等天氣影響造成的短路事件時(shí)有發(fā)生，避雷器作為惡劣天氣情況下重要的一次保護(hù)設(shè)備，對(duì)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用[3]。近年來(lái)，戶外變電站往往要對(duì)主變低壓側(cè)母線橋上的避雷器接線板進(jìn)行絕緣包裹[4]，這會(huì)極大降低自身的密封性能，而且避雷器頂部蓋板排水出現(xiàn)問(wèn)題，會(huì)因受潮、密封性不嚴(yán)等問(wèn)題引起變壓器跳閘[5-7]，雷電也會(huì)導(dǎo)致避雷器擊穿。針對(duì)此次擊穿現(xiàn)象，結(jié)合110 kV變電站主變跳閘實(shí)例進(jìn)行研究分析，提出防范整改措施，達(dá)到有效減少電網(wǎng)事故率，保證電網(wǎng)可靠性和經(jīng)濟(jì)性的目的。

1 現(xiàn)場(chǎng)檢查情況

1.1 事故過(guò)程簡(jiǎn)述

2021-07-05 16:43:39，2號(hào)變差動(dòng)保護(hù)第一次出口跳閘，112、302、502開(kāi)關(guān)跳閘，145自投合145成功，345自投合345成功，545自投合545成功，4母線上所有負(fù)荷由1號(hào)主變轉(zhuǎn)代，負(fù)荷無(wú)損失。 2號(hào)變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作同時(shí)，311出線保護(hù)啟動(dòng)。2021-07-05 17:04:21，2號(hào)變差動(dòng)保護(hù)第二次出口跳閘。

1.2 運(yùn)行方式

圖1所示為110 kV變電站一次系統(tǒng)接線圖，共分為3個(gè)電壓等級(jí)，包括2臺(tái)主變壓器、2路110 kV進(jìn)線、多路35 kV和10 kV出線，2臺(tái)主變高、中、低壓側(cè)均分列運(yùn)行，即145、345、545備自投開(kāi)關(guān)均處于分位狀態(tài)。

圖1 110 kV變電站一次系統(tǒng)接線圖Fig.1 Primary system wiring diagram of 110 kV substation

2 事故過(guò)程分析

事故過(guò)程為311線路發(fā)生B相接地，A相電壓升高，導(dǎo)致2號(hào)變35 kV側(cè)A相避雷器擊穿接地，兩處故障形成A、B兩相接地短路，由于2號(hào)主變35 kV側(cè)A相短路點(diǎn)為主變套管到302開(kāi)關(guān)TA之間，所以A相故障電流沒(méi)有流過(guò)302開(kāi)關(guān)A相TA，導(dǎo)致2號(hào)變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。

2號(hào)變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作成功后，145自投合145成功，此時(shí)2號(hào)主變35 kV側(cè)到302開(kāi)關(guān)之間有正常電壓。21 min后，被擊穿的2號(hào)變35 kV側(cè)A相避雷器甩到B相，造成2號(hào)主變35 kV側(cè)發(fā)生A、B相間短路，2號(hào)變差動(dòng)保護(hù)第二次動(dòng)作。

2.1 2號(hào)變差動(dòng)保護(hù)第一次動(dòng)作分析

該站35 kV側(cè)是經(jīng)消弧線圈接地的小接地電流系統(tǒng)，故障起始時(shí)間內(nèi)35 kV 4母線電壓呈現(xiàn)典型的中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的單相接地故障電壓特征。由母線電壓錄波圖2可以看出，A、C兩相電壓在某一時(shí)刻開(kāi)始突然增大，B相電壓為0，此時(shí)判為B相接地。

圖2 母線電壓波形Fig.2 The waveform of bus voltage

分相對(duì)比錄波圖3中的高、中壓側(cè)電流波形可以看出，由于A相故障點(diǎn)發(fā)生在主變中壓側(cè)套管與302開(kāi)關(guān)TA之間，故會(huì)出現(xiàn)2號(hào)變高壓側(cè)A相電流增大而中壓側(cè)A相電流幾乎為0的情況。因?yàn)?號(hào)變35 kV側(cè)A相避雷器擊穿接地，使零序電流形成通路發(fā)生中壓側(cè)A、B兩相接地，從波形圖中可以看出，中壓側(cè)B相電流幅值明顯大于高壓側(cè)電流，相位相反，且判為區(qū)外故障電流，綜合來(lái)看發(fā)生了A、B兩相接地短路故障，故導(dǎo)致2號(hào)主變差動(dòng)第一次跳閘，從而切除主變112、302、502開(kāi)關(guān)，合上145、345、545備自投。

圖3 2號(hào)變高、中壓側(cè)電流波形Fig.3 Current waveform at high and medium voltage sides of No. 2 transformer

2.2 2號(hào)變差動(dòng)保護(hù)第二次動(dòng)作分析

112開(kāi)關(guān)切除后，145備自投合145開(kāi)關(guān)成功。2021-07-05 17：04，2號(hào)主變?cè)俅伟l(fā)生故障，且為區(qū)內(nèi)故障，此時(shí)2號(hào)主變302、502開(kāi)關(guān)為分位狀態(tài)。從圖4中可以觀察看出，2號(hào)變故障電流由113開(kāi)關(guān)電流經(jīng)145開(kāi)關(guān)流至主變故障點(diǎn)，其中2號(hào)主變高壓側(cè)電流同145電流完全一致。起初狀態(tài)經(jīng)過(guò)沖擊主變的過(guò)程，勵(lì)磁涌流恢復(fù)至0，同時(shí)302、502開(kāi)關(guān)為分位狀態(tài)，由此2號(hào)變高壓側(cè)套管電流和145電流也都為0。

圖4 1號(hào)變高壓側(cè)及母聯(lián)電流波形Fig.4 High voltage side current of No.1 transformer and bus coupler current waveform

故障發(fā)生后，由錄波圖5可以明顯看出，A相與B相電流等幅值反向增大，且A、B兩相電壓有所降低，故障相間電壓超前故障相間電流約80°左右，故可判為A、B相間短路故障。因此，2號(hào)變差動(dòng)保護(hù)再次動(dòng)作跳閘，從而145備自投跳145開(kāi)關(guān)，導(dǎo)致110 kV 4號(hào)母線失壓。

圖5 2號(hào)變高壓側(cè)電流及母線電壓波形Fig.5 Waveform of current at high voltage side of No. 2 transformer and bus voltage

3 事故現(xiàn)場(chǎng)分析與防范措施

3.1 事故現(xiàn)場(chǎng)分析

根據(jù)二次檢修人員對(duì)主變故障錄波器波形的可靠分析及現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，可判斷出事故地點(diǎn)為室外一次設(shè)備2號(hào)變中壓側(cè)的A相避雷器處?，F(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn),該站事故避雷器噴口無(wú)密封圈，僅靠表面膠水進(jìn)行的密封，隨著年限加長(zhǎng)，表面絕緣老化，密封不嚴(yán)導(dǎo)致潮氣進(jìn)入，因此2號(hào)主變35 kV側(cè)避雷器受潮是由于頂部壓力釋放裝置蓋板密封度不好造成的絕緣下降，且由于線路本身存在單相接地，未能夠及時(shí)處理，由此產(chǎn)生的過(guò)電壓伴隨著避雷器絕緣性降低的雙重作用，避雷器被擊穿引起第一次主變跳閘，進(jìn)而在雷雨及風(fēng)力作用下刮到了相鄰相上，導(dǎo)致出現(xiàn)二次跳閘現(xiàn)象。如圖6(a)、6(b)所示分別為被擊穿斷裂和更換的避雷器。

圖6 故障后被擊穿和更換的避雷器Fig.6 Breakdown and replacement of lightning arrester after fault

3.2 事故防范措施

隨著電網(wǎng)重要負(fù)荷的增加，對(duì)變電站設(shè)備的要求明顯提高，通過(guò)該次主變差動(dòng)短時(shí)間內(nèi)二次跳閘事故得出的經(jīng)驗(yàn)，可采取以下防范措施進(jìn)行預(yù)防。

1)適當(dāng)縮短設(shè)備的定檢周期，一次高壓班應(yīng)提高對(duì)進(jìn)行耐壓試驗(yàn)、局部放電及繞組變形測(cè)試的重視，加強(qiáng)檢修人員的巡視工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并消除設(shè)備存在的隱患，從而保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行與經(jīng)濟(jì)效益。

2)在雷雨天氣，因采用紅外線測(cè)溫和帶電監(jiān)測(cè)泄漏電流兩種方法，對(duì)避雷器的絕緣老化、受潮、夜間巡視等的監(jiān)測(cè)非常靈敏有效，建議兩者綜合診斷，從而進(jìn)一步提高設(shè)備的準(zhǔn)確率。

3)在避雷器下面串聯(lián)加裝監(jiān)測(cè)器，不僅可以用來(lái)記錄避雷器的動(dòng)作次數(shù)，還可以對(duì)泄漏電流進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，更利于保證主變本體的安全。

4)更換避雷器前，應(yīng)做好對(duì)避雷器設(shè)備的選型，加強(qiáng)對(duì)設(shè)備的質(zhì)量管理，并且在投運(yùn)前嚴(yán)格檢查各項(xiàng)試驗(yàn)指標(biāo)是否達(dá)標(biāo)。

4 結(jié) 語(yǔ)

基于一起110 kV主變差動(dòng)兩次跳閘實(shí)例，繼保人員通過(guò)主變故障錄波對(duì)故障相關(guān)設(shè)備的電壓、電流進(jìn)行詳細(xì)采樣分析，并結(jié)合室外現(xiàn)場(chǎng)一次設(shè)備情況對(duì)分析原因作出準(zhǔn)確定位，迅速判斷出主變故障跳閘是由于35 kV側(cè)A相避雷器出現(xiàn)問(wèn)題，從而縮短了恢復(fù)送電的時(shí)間，避免了經(jīng)濟(jì)損失。結(jié)合此次事故分析經(jīng)驗(yàn)，建議平時(shí)檢修人員應(yīng)縮短定檢周期，對(duì)避雷器的絕緣密封問(wèn)題要引起高度重視，加大對(duì)重要負(fù)荷運(yùn)行設(shè)備的帶電監(jiān)測(cè)力度，及早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，排除電力隱患，從而保障設(shè)備安全，利于電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。