湖南省超高壓電力建設(shè)股份有限公司 羅挺宇

1 引言

變電站主要負(fù)責(zé)電能的轉(zhuǎn)換與傳輸。對(duì)500kV 變電站而言，通常是大、中型發(fā)電廠接入最高一級(jí)電壓電力網(wǎng)的連接點(diǎn)，在電能輸配以及供電可靠性方面發(fā)揮著非常重要的作用。但500kV 變電站在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，很容易出現(xiàn)跳閘故障問題，影響了變電站價(jià)值發(fā)揮。因此有必要加強(qiáng)對(duì)500kV 變電站運(yùn)行跳閘原因分析，并積極探索有效的應(yīng)對(duì)措施，保障變電站安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2 變電站運(yùn)行跳閘的危害

在電力系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，變電站發(fā)揮著非常重要的作用。通過變電站，完成電流與電壓的轉(zhuǎn)換，并負(fù)責(zé)完成電能分配與遠(yuǎn)距離輸送，確保千家萬戶能夠安全用電。社會(huì)經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，人們對(duì)生活水平和生活品質(zhì)提出更高要求，加之各種先進(jìn)智能設(shè)備層出不窮，因此對(duì)電力資源的需求量增大，這增加電網(wǎng)以及變電站運(yùn)行壓力。只有保障變電站穩(wěn)定運(yùn)行，才能為人們的生產(chǎn)生活提供保障。對(duì)500kV變電站而言，保障變電站穩(wěn)定運(yùn)行，提升電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性，確保電源能夠高效穩(wěn)定供應(yīng)。但從實(shí)際情況來看，受種種因素影響，500kV 變電站在運(yùn)行過程中，容易出現(xiàn)跳閘故障，不利于電能正常轉(zhuǎn)換與電能資源的合理分配。當(dāng)500kV 變電站出現(xiàn)跳閘故障時(shí)，會(huì)導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)所有電氣設(shè)備可能出現(xiàn)故障問題，無法工作運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)出現(xiàn)安全事故。

500kV 變電站在運(yùn)行時(shí)，有很多引起故障跳閘原因。常見的故障原因包括主變壓器三側(cè)開關(guān)跳閘故障、主變單側(cè)開關(guān)跳閘故障、人為操作不當(dāng)引起的跳閘故障等。除外，當(dāng)遇到極端天氣，也會(huì)引起變電站發(fā)生跳閘故障問題。例如在本次研究中，重點(diǎn)對(duì)因天氣原因引起的故障問題進(jìn)行分析[1]。在變電站中，變壓器套管一般位于變壓器箱外，這種裝置可以提升變壓器箱的絕緣性。變壓器繞組的引出線必須穿過絕緣套管，保障引線與變壓器箱體之間處于絕緣狀態(tài)，絕緣套管具有固定線路的作用。

在變電站中，隨著變壓器長(zhǎng)期運(yùn)行，套管也需長(zhǎng)時(shí)間承受負(fù)載電流，當(dāng)變壓器外部發(fā)生短路時(shí)，必然會(huì)出現(xiàn)短路電流，引起故障問題。閃絡(luò)是指固體絕緣子周圍的氣體或液體電介質(zhì)被雷電擊穿，位于絕緣子的表面，會(huì)產(chǎn)生放電現(xiàn)象。在放電時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生非常高的電壓，這種電壓也稱為閃絡(luò)電壓。閃絡(luò)現(xiàn)象發(fā)生在一瞬間，瞬間電壓迅速下降到零或接近于零。在閃絡(luò)通道中，出現(xiàn)的火花溫度非常高，可以碳化絕緣表面，影響絕緣裝置的絕緣性，最終引起變電站出現(xiàn)故障跳閘問題。

為充分認(rèn)識(shí)到500KV變電站運(yùn)行跳閘的危害，本文結(jié)合實(shí)際案例，對(duì)變電站套管絕緣裝置閃絡(luò)故障跳閘問題原因進(jìn)行分析，并后續(xù)采取有效的應(yīng)對(duì)措施，以保障500kV 變電站穩(wěn)定安全運(yùn)行，促進(jìn)變電站發(fā)揮出運(yùn)行維護(hù)的價(jià)值意義。

3 500kV 變電站運(yùn)行中跳閘原因分析

3.1 案例情況介紹

某500kV 變電站，1號(hào)主變由某公司于2006年12月生產(chǎn)，正式投運(yùn)時(shí)間是2007年8月。在該主變中，高壓套管由日本某公司生產(chǎn)。高壓套管的外絕緣爬距具體數(shù)值是16260mm/kV。爬電比距是28.40mm/kV。在該變電站中，所在區(qū)域的污穢等級(jí)是D1級(jí)。高壓套管的爬電比距能夠符合28mm/kV 的最低要求。

在該變電站中，1號(hào)主變最近檢修時(shí)間是2016年9月份，檢修結(jié)果表明，不存在運(yùn)行異常。針對(duì)1號(hào)主變，計(jì)劃申報(bào)檢修時(shí)間是2022年1月進(jìn)行檢修。但實(shí)際運(yùn)行方式安排遇到困難，導(dǎo)致檢修計(jì)劃沒有得到有效落實(shí)。針對(duì)1號(hào)主變，最近帶電檢測(cè)時(shí)間是2022年3月15日。在檢測(cè)過程中，包含主變?cè)O(shè)備紫外線監(jiān)測(cè)、HGIS 特高頻檢測(cè)等內(nèi)容，從最終檢測(cè)結(jié)果來看，500kV 變電站發(fā)生故障跳閘前，所有電力系統(tǒng)均處于正常運(yùn)行狀態(tài)。

3.2 跳閘故障事故分析

2022年6月13時(shí)24分42秒，500kV 變電站1號(hào)主變差動(dòng)保護(hù)發(fā)生跳閘故障，該故障沒有造成負(fù)荷損失。但受此影響，該變電站所負(fù)責(zé)的某區(qū)域市站雙極四閥組出現(xiàn)1次換相失敗問題。在發(fā)生跳閘故障問題的時(shí)期，該500kV 變電站所在的區(qū)域正處于雷雨時(shí)期，同時(shí)遭遇大風(fēng)天氣，局部區(qū)域大風(fēng)高達(dá)10級(jí)，短時(shí)降雨量達(dá)到27.2mm。后續(xù)經(jīng)過對(duì)跳閘事故現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢查，確認(rèn)該變電站1號(hào)主變A 相高壓側(cè)套管油枕與法蘭位置處，存在明顯的放電痕跡。因此初步判斷本次500kV 變電站跳閘是受極端天氣的影響，導(dǎo)致套管閃絡(luò)發(fā)生跳閘事故。

3.3 跳閘故障原因調(diào)查分析

為對(duì)本次500kV 變電站跳閘故障原因進(jìn)行詳細(xì)了解，工作人員檢查分析現(xiàn)場(chǎng)一次設(shè)備與二次設(shè)備受損情況。首先，從設(shè)備外觀檢查結(jié)果看，1號(hào)主變的6012開關(guān)、6013開關(guān)以及220kV 開關(guān)、35kV 開關(guān)、2號(hào)電容器開關(guān)三相均處于分閘位置。同時(shí)在1號(hào)主變的A 相高壓側(cè)，可發(fā)現(xiàn)套管油枕與法蘭放電痕跡明顯。同時(shí)檢查放電痕跡，套管油枕表面存在一些不明的熔化物質(zhì)。其他設(shè)備沒有發(fā)現(xiàn)受損情況，均處于正常的狀態(tài)。

通過對(duì)1號(hào)主變本體，采用三相油色譜數(shù)據(jù)檢測(cè)方法，然后將最終檢測(cè)結(jié)果與最近一次試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)沒有差異，數(shù)據(jù)不存在異常情況。通過對(duì)1號(hào)主變的6012開關(guān)、6013開關(guān)進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)方法是SF6氣體分解物測(cè)試，結(jié)果表明，分解物不存在異常問題[2]。通過測(cè)試試驗(yàn)1號(hào)主變直流電阻及短路阻抗，同時(shí)開展套管電容量介損試驗(yàn)與套管—繞組的絕緣電阻測(cè)試，未發(fā)現(xiàn)異常情況，試驗(yàn)結(jié)果正常。

在事故現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)變電站1號(hào)主變進(jìn)行二次信息檢查。具體檢查內(nèi)容與結(jié)果詳見表1。

表1 500kV 變電站1號(hào)主變二次信息檢查結(jié)果分析

從本次500kV 變電站跳閘故障原因來看，結(jié)合表1試驗(yàn)以及檢測(cè)結(jié)果分析，本次故障是因?yàn)樽冸娬舅趨^(qū)域遭遇極端雷雨天氣，且套管表面異物影響，導(dǎo)致高壓套管發(fā)生閃絡(luò)問題，引起變電站跳閘故障。在主變恢復(fù)正常供電后，整個(gè)電力系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)，沒有再次出現(xiàn)跳閘故障問題。

4 500kV 變電站運(yùn)行中跳閘的應(yīng)對(duì)措施

結(jié)合案例，對(duì)500kV 變電站跳閘故障進(jìn)行分析可知，本次故障原因主要受外界惡劣天氣的影響，高壓套管表面不潔凈，存在異物，最終在雷雨天氣下引起了閃絡(luò)問題，該問題導(dǎo)致變電站發(fā)生了跳閘故障?；诒敬翁l故障原因的探究，需要進(jìn)行總結(jié)與分析，在跳閘故障應(yīng)對(duì)方面，應(yīng)采取的措施如下。

4.1 及時(shí)找出跳閘故障事故原因

500kV 變電站跳閘故障危害性大，易引起供電異常，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引起區(qū)域性停電。因此一旦變電站主變出現(xiàn)跳閘安全事故。必須及時(shí)進(jìn)行事故原因調(diào)查。在此過程中，應(yīng)仔細(xì)地檢查事故現(xiàn)場(chǎng)，以變電站相關(guān)設(shè)備運(yùn)行狀況及歷史巡視情況為依據(jù)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)檢查結(jié)果，做好數(shù)據(jù)對(duì)比分析，同時(shí)參考保護(hù)設(shè)備動(dòng)作記錄，從而準(zhǔn)確地定位與分析故障問題。在分析故障原因的過程中，還應(yīng)考慮以下外部因素，如戶外天氣狀況等因素，準(zhǔn)確地找出跳閘故障事故具體原因，為后續(xù)故障問題解決提供指導(dǎo)。

此外，應(yīng)注意，在找出具體的故障位置，了解具體的故障原因之前，禁止對(duì)變電站主變恢復(fù)送電，否則會(huì)引起更為嚴(yán)重的安全事故。

4.2 提升變電站設(shè)備絕緣性能

500kV 變電站設(shè)備經(jīng)過長(zhǎng)期的運(yùn)行，很可能會(huì)導(dǎo)致自身的絕緣性下降。存在于外部雷雨天氣時(shí)，很容易因絕緣擊穿，導(dǎo)致變電站故障跳閘問題出現(xiàn)。因此為了更好地應(yīng)對(duì)這一問題，需要定期對(duì)設(shè)備絕緣性進(jìn)行檢查。同時(shí)采取有效措施，提升設(shè)備裝置的絕緣性，避免引起短路電流，造成變電站發(fā)生跳閘故障[3]。

如在本次跳閘故障案例中，應(yīng)注重提升主變?nèi)喔邏簜?cè)套管的絕緣性，避免因雷擊再次出現(xiàn)閃絡(luò)，引起故障問題。具體的絕緣措施可以包括加裝包覆式硅橡膠傘裙，同時(shí)針對(duì)低壓側(cè)，同樣需要進(jìn)一步強(qiáng)化絕緣工作的開展，從而有效提升變電站套管設(shè)備裝置的絕緣水平，防止設(shè)備在雷雨天氣再次出現(xiàn)閃絡(luò)問題。

4.3 加強(qiáng)離線與在線監(jiān)測(cè)工作

在500kV 變電站中，針對(duì)主變出現(xiàn)的跳閘故障問題，除了要及時(shí)查明故障原因，盡快落實(shí)搶修、檢修工作以外，確保變電站正常運(yùn)行、恢復(fù)送電以外。針對(duì)跳閘故障問題本身，還可以在完成故障搶修后，進(jìn)一步加強(qiáng)離線與在線油色譜跟蹤監(jiān)測(cè)的工作開展。在此基礎(chǔ)上，還可以選擇加裝振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)裝置，從而對(duì)目標(biāo)設(shè)備裝置運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)的跟蹤監(jiān)控，第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)異常，防止類似的故障問題反復(fù)出現(xiàn)。

4.4 強(qiáng)化受損設(shè)備分析力度

從生產(chǎn)實(shí)踐來看，導(dǎo)致500kV 變電站故障跳閘的問題原因有很多，因此在實(shí)際進(jìn)行分析的過程中，還應(yīng)聚焦于受損設(shè)備，加大分析力度。如在本次分析過程中，還需要圍繞閃絡(luò)燒蝕物，加強(qiáng)成分分析，同時(shí)開展套管鹽密、灰密等試驗(yàn)，做好外絕緣爬電比距的核查，從而對(duì)故障問題以及故障形成機(jī)制做進(jìn)一步了解，可以有效降低故障問題的發(fā)生概率。

4.5 做好全面排查工作

為了確保500kV 變電站可以長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定安全地運(yùn)行，還需要對(duì)全站進(jìn)行全面檢測(cè)工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的調(diào)整故障安全隱患，避免相似的故障問題再次出現(xiàn)。例如在全面檢查的過程中，可以開展紫外放電檢測(cè)工作，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、歷史巡查數(shù)據(jù)等，全面排查 同類隱患，避免相同事故再次發(fā)生，可有效提高變電 站供電可靠性。

5 結(jié)語

500kV 變電站在整個(gè)電力系統(tǒng)之中，肩負(fù)著非常重要的電能轉(zhuǎn)換以及輸送重任。變電站一旦發(fā)生故障跳閘問題，將會(huì)造成非常嚴(yán)重的后果。因此有必要加強(qiáng)對(duì)500kV 變電站故障跳閘問題分析，找出故障原因，及時(shí)解決故障問題，從而更好地推動(dòng)500kV 變電站安全穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)。