國(guó)網(wǎng)天津市電力公司 郭 浩 劉廣振 國(guó)網(wǎng)天津電力黨校 彭 詞 韓 強(qiáng) 王建虎

現(xiàn)階段，隨著人們?nèi)粘Ｉ钜约捌髽I(yè)運(yùn)轉(zhuǎn)的用電需求量逐步增加，變電站的工作量逐漸增多，這就需要變電站的變電設(shè)備時(shí)刻保持穩(wěn)定運(yùn)作。根據(jù)目前變電站運(yùn)行維護(hù)的實(shí)際情況可以知道，在變電站的運(yùn)維工作中，往往存在較多安全隱患和影響因素，嚴(yán)重影響了變電站的安全可靠運(yùn)行[1]。本文主要通過(guò)對(duì)線路斷線引起變電站主變壓器故障現(xiàn)象進(jìn)行分析，并提出了相應(yīng)的處理措施。

1 線路斷線引起220kV變電站主變壓器故障分析

1.1 故障過(guò)程

故障發(fā)生時(shí)。某220kV變電站中有三臺(tái)主變壓器，容量為90MVA。二號(hào)主變壓器三側(cè)斷路器202、152、952切斷；三號(hào)主變斷路器203、153斷開(kāi)（斷路器953處于斷開(kāi)情況），母線耦合裝置斷路器910自動(dòng)開(kāi)啟，裝置成功啟動(dòng)，二號(hào)站變壓器斷路器962關(guān)閉，后臺(tái)監(jiān)測(cè)機(jī)、集控機(jī)和通信管理機(jī)全部斷電。母線耦合裝置斷路器212和一號(hào)主變壓器斷路器201先后切斷。之后分別合上了母聯(lián)斷路器212和斷路器201，一號(hào)主變壓器恢復(fù)正常工作。一主變壓器三側(cè)斷路器全部斷開(kāi)。最后，三臺(tái)主要電力變壓器的所有線路全部切斷，二條聯(lián)絡(luò)線切斷，發(fā)電廠的二臺(tái)并網(wǎng)機(jī)全部切斷。

故障發(fā)生后。線路斷線后，變壓器設(shè)備系統(tǒng)中的三個(gè)主變壓器都正在工作中。一號(hào)和二號(hào)主變壓器在220kW、110kW、10kW三側(cè)工作，而三號(hào)主變壓器則在220kW和110kW的兩端工作。220kW和110kW母線連接均采取雙母線接線類(lèi)型，而10kW母線連接則采取單母線分段接線類(lèi)型。一號(hào)主變壓器220kW側(cè)斷路器接I段母線連接，110kW側(cè)斷路器接I段母線連接，二、三號(hào)主變壓器220kW側(cè)斷路器接II段母線連接，110kW側(cè)斷路器接II段母線連接。220kV變電站的母線在變電站正常運(yùn)行過(guò)程中起到了至關(guān)重要的作用，因此變電站母線一旦發(fā)生故障，將會(huì)導(dǎo)致變電站無(wú)法正常運(yùn)行，并且變電站母線極其容易受到環(huán)境因素的影響而出現(xiàn)損壞，導(dǎo)致母線出現(xiàn)損壞的主要原因是電路運(yùn)行損耗、線路擠壓碰撞、電壓波動(dòng)以及點(diǎn)變?cè)O(shè)備安裝錯(cuò)誤。

一主變壓器的10kW側(cè)隔離連接至一段母線（母聯(lián)斷路器910處于斷開(kāi)位置），二號(hào)主變壓器的10kW側(cè)隔離連接至二段母線，三號(hào)主變10kW側(cè)隔離連接至三段母線（通過(guò)母線聯(lián)絡(luò)斷路器920），三個(gè)變壓器串聯(lián)工作。110kW側(cè)的一回路和二次電路都是變壓器設(shè)備與發(fā)電廠之間的接頭。

故障修復(fù)過(guò)程。線路斷線前，983電壓互感器已因故障而停用，由二次電纜臨時(shí)鋪設(shè)。而10kW第三段母線的電流則來(lái)源于電壓互感器982。在將二號(hào)和三號(hào)主變壓器之間的線路切斷后，由現(xiàn)場(chǎng)操作員封閉電壓互感器981和982之間的二次接觸電源斷路器?？紤]到當(dāng)時(shí)一號(hào)主變壓器已嚴(yán)重超載，線路隨時(shí)都可以切斷，因此運(yùn)營(yíng)商立即對(duì)二號(hào)主變壓器進(jìn)行了試運(yùn)。在封閉斷路器152后，主變壓器產(chǎn)生了異常響聲，并迅速斷開(kāi)斷路器152和202。

二號(hào)主變壓器檢測(cè)時(shí)，一號(hào)主變斷路器201、母聯(lián)斷路器212全部斷開(kāi)，經(jīng)操作人員檢查確定為當(dāng)時(shí)錯(cuò)跳；合上母紉連接斷路器212和斷路器201，一號(hào)主變壓器恢復(fù)正常工作。一主變壓器第三側(cè)斷路器全部斷開(kāi)。在操作員再次檢測(cè)時(shí)，又發(fā)生了電壓互感器981二次側(cè)的w相保險(xiǎn)絲熔斷。然后工作人員完全隔離了故障電壓互感器982，并更換了電壓互感器981的w相保險(xiǎn)絲，電壓互感器981恢復(fù)正常。檢測(cè)其他裝置，無(wú)異常后恢復(fù)一號(hào)主變電能。檢測(cè)變壓器為三號(hào)主變壓器，無(wú)異常后，三號(hào)主變壓器已恢復(fù)正常工作。在檢測(cè)二號(hào)主變壓器保護(hù)裝置時(shí)，出現(xiàn)有重瓦斯保護(hù)動(dòng)作信號(hào)，二號(hào)主變壓器已由熱備轉(zhuǎn)入正常檢修狀態(tài)。目前，事故處置工作已圓滿(mǎn)完成，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備已恢復(fù)正常運(yùn)營(yíng)。

1.2 故障分析

1.2.1 一次設(shè)備

該變電站從20世紀(jì)開(kāi)始運(yùn)營(yíng)，其中一些設(shè)施都已快達(dá)到了使用壽命極限，部分裝置的性能低下，修復(fù)過(guò)程也不簡(jiǎn)單。事故中的電壓互感器982是一種常見(jiàn)的室內(nèi)單相電壓互感器。已投入使用十多年。其絕緣、鐵心疊片和繞組工藝都無(wú)法達(dá)到大負(fù)載要求，并且比熱值也較高，而且基本上是絕緣的，并一直保持在高熱狀態(tài)。同時(shí)，因?yàn)槎蝹?cè)負(fù)載較大，一次、二次電流差較大，且二次側(cè)負(fù)載的額定電流之和均大于最大額定值，造成電壓互感器內(nèi)繞組發(fā)熱值的增大，特別是當(dāng)電壓差超過(guò)最大額定電流（10kV）時(shí)，電壓互感器內(nèi)發(fā)熱值更加劇烈。由于變電站使用的中性點(diǎn)并非有效接地系統(tǒng)，因此工作中的一次側(cè)電流差容易產(chǎn)生三相供電不均勻現(xiàn)象。當(dāng)單相電壓較高時(shí)，相電壓互感器易產(chǎn)生熱膨脹和炸掉，導(dǎo)致保險(xiǎn)絲熔斷。

1.2.2 保護(hù)裝置配置

主變壓器保護(hù)配置了不同型號(hào)、不同保護(hù)原理的雙套保護(hù)裝置，如圖1所示，均符合《國(guó)家電網(wǎng)公司十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施》要求[2]。

1.2.3 保護(hù)裝置動(dòng)作情況

二號(hào)主變壓器。故障發(fā)生時(shí)，第1套保護(hù)裝置動(dòng)作，動(dòng)作類(lèi)型為中壓側(cè)復(fù)合電壓閉鎖過(guò)流Ⅰ段三時(shí)限，動(dòng)作值4.47A（保護(hù)定值2A），保護(hù)延時(shí)3900ms。

三號(hào)主變壓器。故障發(fā)生時(shí)，3號(hào)主變壓器第1套保護(hù)裝置動(dòng)作，動(dòng)作類(lèi)型為中壓側(cè)復(fù)合電壓閉鎖過(guò)流Ⅱ段一時(shí)限，動(dòng)作值2.63A（保護(hù)定值2.6A），保護(hù)延時(shí)3900ms。

一號(hào)主變壓器。第1次動(dòng)作：10：19，1號(hào)主變壓器第1套保護(hù)裝置動(dòng)作跳閘，動(dòng)作類(lèi)型為高壓側(cè)復(fù)合電壓過(guò)流Ⅰ段一時(shí)限，動(dòng)作值3.859A（保護(hù)定值2 A），保護(hù)延時(shí)3300ms。第2次動(dòng)作：10：32，第2套保護(hù)裝置動(dòng)作，跳開(kāi)1號(hào)主變壓器側(cè)斷路器。動(dòng)作類(lèi)型為中壓側(cè)復(fù)合電壓閉鎖過(guò)流Ⅰ段三時(shí)限，動(dòng)作值為2.18A（保護(hù)定值為2A），保護(hù)延時(shí)為3900ms。

1.2.4 邏輯分析

結(jié)合有關(guān)數(shù)據(jù)，剖析了一號(hào)主變綜合電流封閉器件開(kāi)路的成因，原因主要在于綜合電流的勵(lì)磁整定原則的三面（只要高、中、低溫中的某一邊開(kāi)路，則復(fù)合電壓閉鎖元件開(kāi)路）。

1.2.5 事故原因分析

二號(hào)和三號(hào)主變壓器電路切斷后，一號(hào)主變壓器仍正常工作。但此時(shí)的一號(hào)主變壓器負(fù)載為160MW，已經(jīng)嚴(yán)重過(guò)載（額定容量90MW)。二號(hào)主變壓器試運(yùn)時(shí)，因10kW電壓互感器設(shè)置在一樓高壓區(qū)，且電壓互感器的并聯(lián)裝置布置在三層保護(hù)區(qū)，因此樓上的作業(yè)人員同時(shí)關(guān)閉了電壓互感器981與電壓互感器982的二次接觸斷路器，在二號(hào)主變壓器試運(yùn)中，因?yàn)樯舷伦鳂I(yè)人員交流電流協(xié)調(diào)不順暢，造成樓下的作業(yè)人員沒(méi)有及時(shí)將故障電壓互感器與982完全分離，而造成電壓互感器981 w的電磁閥在正常工作中熔斷。也因?yàn)橐惶?hào)主變壓器的保護(hù)裝置上設(shè)置了復(fù)合電流，因此取主變壓器三側(cè)的電流。當(dāng)電壓互感器的一側(cè)切斷后，復(fù)合電流閉鎖元件也將啟動(dòng)[3]。

最后，一號(hào)主變csc-326d型保護(hù)裝置作為高壓側(cè)復(fù)合電壓閉合方向上的過(guò)流保護(hù)I段（指向母線），并依次跳閘至母紉耦合器斷路器212和一號(hào)主變剩余電流斷路器201，并與電廠斷開(kāi)。在沒(méi)有經(jīng)過(guò)仔細(xì)檢查設(shè)備的狀態(tài)下，運(yùn)行管理人員就急于回復(fù)了一號(hào)主變壓器的正常工作。而此時(shí)，電壓互感器為981的二次系統(tǒng)仍然保持著斷開(kāi)狀態(tài)。而一號(hào)主變壓器則與整個(gè)變電所的110kW和10kW負(fù)載相連接。負(fù)載修復(fù)工作過(guò)程中，當(dāng)總負(fù)載達(dá)40.8MW時(shí)，一號(hào)主變中壓側(cè)防護(hù)設(shè)備的復(fù)合壓力閉鎖過(guò)流保險(xiǎn)動(dòng)作，三側(cè)斷路器全部斷開(kāi)。此時(shí)，操作員重新檢測(cè)，并發(fā)現(xiàn)電壓互感器981一次側(cè)的w相保險(xiǎn)絲熔斷。最后，故障電壓互感器982被徹底隔離。

本事故反映出目前一些變電站都普遍存在的問(wèn)題：一是沒(méi)有事先制訂相關(guān)故障應(yīng)對(duì)計(jì)劃，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)不能有序地解決。二是操作人員巡檢流于形式并且專(zhuān)業(yè)性水平不夠高，不能及時(shí)感知到后臺(tái)警告信息，不能在故障剛剛發(fā)生時(shí)就及時(shí)將其解決甚至沒(méi)有發(fā)現(xiàn)故障的發(fā)生。三是電力設(shè)備管理不到位，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并更換出現(xiàn)故障的設(shè)備，從而造成故障擴(kuò)大化。四是電路保護(hù)裝置不夠完美。隨著目前電力需求量急劇升高，變電站所需要的電路保護(hù)裝置與以往相比，對(duì)其性能和質(zhì)量都有了更高的要求，使用目前使用的傳統(tǒng)的電路保護(hù)裝置不僅增加了電網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題越來(lái)越多，嚴(yán)重影響了變電站的正常運(yùn)行。

2 線路斷線引起220kV變電站主變壓器故障處理措施

2.1 變壓器升級(jí)改進(jìn)

一是將自粘換位半硬銅導(dǎo)體應(yīng)用到變壓器的平衡繞組中，可以將其中的導(dǎo)線的屈服程度提高至原先的4倍甚至更多，同時(shí)低壓繞組中的導(dǎo)線的屈服強(qiáng)度也能提升到原先的兩倍甚至更多。這樣的改造方式有效地提高了變壓器平衡繞組抗短路電流沖擊的能力。二是在變壓器原有的基礎(chǔ)上增加支架的數(shù)量，這樣不僅可以提升繞組支撐性，還能大大防御線路斷線時(shí)產(chǎn)生的大量電流對(duì)變壓器的沖擊力。三是在繞組的換位處墊墊塊并對(duì)其進(jìn)行綁扎，以防其在電流的沖擊下松動(dòng)、斷裂和報(bào)廢。四是預(yù)加載線圈時(shí)，調(diào)整線圈的安匝平衡，以確保繞組在受到線路斷線時(shí)釋放的大量電流沖擊時(shí)線圈的軸向力減小，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器的損害降到最低。

2.2 及時(shí)確定故障點(diǎn)

當(dāng)線路斷線發(fā)生時(shí)，必須先把故障點(diǎn)找出來(lái)。以下三種方法可以找出并確定故障點(diǎn)：一是替換法。即在主變壓器上更換正常運(yùn)行的設(shè)備，如線路斷線的問(wèn)題仍然存在，則表示此處更換前的設(shè)備是處于正常運(yùn)行的，沒(méi)有發(fā)生線路斷線。再依次更換掉接下來(lái)的設(shè)備，重復(fù)替換，直至找出故障點(diǎn)所在的設(shè)備。二是比較法。將所有正在運(yùn)行狀態(tài)的設(shè)備的實(shí)時(shí)設(shè)備數(shù)據(jù)與之前發(fā)生故障時(shí)的設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，擁有與故障時(shí)設(shè)備數(shù)據(jù)更相近的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的設(shè)備即存在故障點(diǎn)。三是將電路依次進(jìn)行拆除，就可以找出故障點(diǎn)存在于哪段電路之中，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)故障點(diǎn)的故障排除。在線路斷線時(shí)，必須把故障點(diǎn)這一關(guān)鍵修復(fù)依據(jù)尋找出來(lái)，便于相關(guān)工作人員及時(shí)進(jìn)行修復(fù)，避免故障影響范圍擴(kuò)大，造成更嚴(yán)重的事故、更大的經(jīng)濟(jì)損失。

2.3 電路保護(hù)裝置升級(jí)

在電路系統(tǒng)中的電路保護(hù)裝置也亟須升級(jí)，解決其在日常運(yùn)行中可能存在的保護(hù)不到位的問(wèn)題。此外，保護(hù)裝置中相關(guān)零件運(yùn)行時(shí)間超過(guò)其標(biāo)準(zhǔn)使用壽命后也會(huì)導(dǎo)致保護(hù)裝置失靈。對(duì)此，可以結(jié)合線路斷線前后的電流的變化來(lái)判斷能否啟動(dòng)電壓回路的監(jiān)控功能。當(dāng)整個(gè)線路在進(jìn)行充電時(shí)，近區(qū)斷層和環(huán)路斷層引起三相電壓丟失，如果這個(gè)時(shí)候附近設(shè)備出現(xiàn)線路斷線，只能對(duì)負(fù)荷進(jìn)行增減來(lái)解決。其他時(shí)候電路發(fā)生線路斷線時(shí)，可以采取閉鎖保護(hù)措施。當(dāng)變電站在平穩(wěn)運(yùn)行中，本應(yīng)沒(méi)有零序電壓，但保護(hù)裝置依舊能檢測(cè)到零序電壓的存在時(shí)，這就表明某個(gè)電路中出現(xiàn)了線路斷線到的情況。而且電流連接器之間每連接一次理論上就會(huì)對(duì)零序電壓的情況做一次反饋，所以電路保護(hù)裝置在原有的基礎(chǔ)上應(yīng)該增加延時(shí)報(bào)警和瞬時(shí)閉鎖功能，以確保電路平穩(wěn)運(yùn)輸，變壓器正常運(yùn)行。

2.4 完善電力設(shè)備管理制度

為提高變電站安全系數(shù)，減少線路斷線問(wèn)題的出現(xiàn)，首先必須建立一套完善的電力設(shè)備管理制度。將每一部分設(shè)備的管理方式都?xì)w入其中，進(jìn)行更系統(tǒng)化的管理，及時(shí)監(jiān)測(cè)到問(wèn)題電路的出現(xiàn)，并將其解決，防止其故障擴(kuò)大化，并且可以降低安全隱患出現(xiàn)的頻率。在完善這些制度時(shí)，制定制度人員應(yīng)從工作場(chǎng)所的實(shí)際需求以及已有的工作經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，確保制度內(nèi)容最為恰當(dāng)，同時(shí)還要確保電力設(shè)備管理制度制定完成后的順利執(zhí)行[4]。

2.5 加強(qiáng)工作人員安全防護(hù)意識(shí)

作為預(yù)防事故發(fā)生及擴(kuò)大化的第一道屏障，相關(guān)工作人員必須熟知事故處理措施，擁有專(zhuān)業(yè)化的鑒別及修復(fù)水平，才能在故障發(fā)生時(shí)及時(shí)將其修復(fù)。因此，即使在設(shè)備均穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，也應(yīng)該對(duì)相關(guān)工作人員不定時(shí)進(jìn)行實(shí)操演練，提高操作人員的故障修復(fù)能力，并通過(guò)演練，提高其專(zhuān)業(yè)性水平，促使他們能及時(shí)發(fā)現(xiàn)工作中的安全隱患并消滅。

3 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)具體的故障實(shí)例提醒各電力企業(yè)在之后的工作運(yùn)行中，警惕線路斷線引起變電站主變壓器故障而造成電力癱瘓，提前預(yù)防事故的發(fā)生，將減少許多不必要的成本開(kāi)支，從而擁有更多的經(jīng)費(fèi)完成變電站全面升級(jí)發(fā)展。同時(shí)，對(duì)相關(guān)工作人員也應(yīng)定期進(jìn)行培訓(xùn)及演習(xí)，提高其安全意識(shí)及專(zhuān)業(yè)性水平，在故障發(fā)生時(shí)能做到及時(shí)修復(fù)，防止故障擴(kuò)大，造成更嚴(yán)重的事故，增加經(jīng)濟(jì)損失。