一起主變差動(dòng)保護(hù)事故的啟示

吳登高 劉福鼎

（湖南澧水流域水利水電開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司 長(zhǎng)沙市 410014）（湖南省江埡水電站 張家界市 427221）

1 概述

關(guān)門(mén)巖水電站是湖南澧水流域水利水電開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司自籌資金建設(shè)的第一個(gè)水電項(xiàng)目。電站位于湖南省慈利縣境內(nèi)澧水流域一級(jí)支流溇水中下游，上距江埡水庫(kù)12km，為江埡水電站的反調(diào)節(jié)電站。工程以發(fā)電為主，兼有旅游、養(yǎng)殖等效益。電站2006年12月第1臺(tái)機(jī)組發(fā)電，2007年3臺(tái)機(jī)組全部投產(chǎn)。

電站安裝3臺(tái)單機(jī)容量11MW的燈炮貫流式水輪發(fā)電機(jī)組，設(shè)計(jì)年發(fā)電量約1.08億kW·h。1#、2#發(fā)電機(jī)與1#主變位擴(kuò)大單元接線，3#機(jī)與2#主變壓器為單元接線，發(fā)電機(jī)出口均設(shè)有斷路器，主變低壓側(cè)為三相共箱母線，電站以一回110kV線路經(jīng)江埡水電站1#主變升壓后接入湖南電網(wǎng)。

圖1為擴(kuò)大單元接線圖

圖1 擴(kuò)大單元接線圖

2 事故經(jīng)過(guò)

2012年1月30日00：25，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)突然關(guān)機(jī)，運(yùn)行的3#機(jī)組事故停機(jī)。檢查發(fā)現(xiàn)1#主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，1#主變高壓側(cè)510、低壓側(cè)310斷路器跳閘，廠用400VⅠ段母線失壓，監(jiān)控系統(tǒng)UPS無(wú)輸出。

圖2為UPS供電簡(jiǎn)圖

圖2 UPS供電簡(jiǎn)圖

3 事故處理及分析

3.1 事故處理

事故發(fā)生后，檢修人員到達(dá)廠房后立即進(jìn)行事故處理：跨接廠用電后，啟動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)恢復(fù)運(yùn)行——檢查1#主變二次回路接線、及兩側(cè)TA，校驗(yàn)差動(dòng)保護(hù)單元——檢查、試驗(yàn)變壓器本體——取主變油樣送檢——檢查主變低壓側(cè)共箱母線。

3.2 事故原因分析

3.2.1 監(jiān)控系統(tǒng)掉電及#3機(jī)組事故停機(jī)原因分析

由圖2中的UPS供電簡(jiǎn)圖可以看出，400V廠用Ⅰ、Ⅱ段兩路交流輸入電源經(jīng)自動(dòng)切換裝置給UPS裝置供電。事故時(shí)，由于1#主變高低壓側(cè)斷路器跳閘，導(dǎo)致400V廠用Ⅰ段母線失壓，自動(dòng)切換裝置進(jìn)行電源倒換時(shí)，UPS裝置同時(shí)故障自動(dòng)關(guān)機(jī)，監(jiān)控系統(tǒng)掉電，3#機(jī)組軸承油示流器失電，現(xiàn)地單元報(bào)“油流中斷”，3#機(jī)組事故停機(jī)。

3.2.2 主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作分析

對(duì)變壓器套管、引出線、壓力釋放閥及高低壓側(cè)TA等設(shè)備檢查，未見(jiàn)異常。對(duì)保護(hù)裝置進(jìn)行了采樣檢查、定值校驗(yàn)、整組傳動(dòng)試驗(yàn)，檢查結(jié)果未發(fā)現(xiàn)異常，保護(hù)動(dòng)作正確。

（1）從主變本體取油樣進(jìn)行化驗(yàn)，化驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 主變壓器絕緣油色譜分析報(bào)告

根據(jù)DL/T722-2000標(biāo)準(zhǔn)，油中溶解氣體含量正常。

（2）主變壓器絕緣檢查情況見(jiàn)表2，直流電阻檢查見(jiàn)表3。

表2 主變壓器繞組絕緣電阻及吸收比

表3 不同圍巖類(lèi)別條件下的安全系數(shù)

各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)均合格，未見(jiàn)異常。

（3）二次數(shù)據(jù)分析與事故原因推測(cè)。根據(jù)圖3故障波形分析，高壓側(cè)Ia+Ic=Ib，并且Ia、Ic同向，而與Ib反向，可推測(cè)出低壓側(cè)相間短路。差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳閘后，B相先于A、C相6ms跳開(kāi)，Ib在55ms時(shí)變?yōu)榱悖捎跀嗦菲鲃?dòng)作的非同期性，在變壓器高壓側(cè)產(chǎn)生零序電流，在61ms時(shí)Ia、Ic、I0同時(shí)為零。圖4為高壓側(cè)故障電流向量圖。我們對(duì)以上情況做一簡(jiǎn)化分析，變壓器Y·n/d-11接線如圖5所示。

圖3 高壓側(cè)相電流故障錄波圖

圖4 高壓側(cè)故障電流向量圖

圖5 變壓器低壓側(cè)相間短路圖

圖5中所示低壓側(cè)A、B兩相發(fā)生短路時(shí)，設(shè)其中Δ側(cè)的短路電流為：

Id=Ia=-Ib，Ic=0（負(fù)荷電流很小，忽略不計(jì)）

設(shè)變壓器的變比n=1，變壓器對(duì)稱(chēng)運(yùn)行時(shí)三角形側(cè)引出線上的電流Ia、Ib、Ic與星形側(cè)的電流IA、IB、IC關(guān)系為：

利用上式，可由星形側(cè)電流算出三角形側(cè)的電流。將上式作如下變換：

當(dāng)Δ側(cè)A、B兩相短路時(shí)，因Ia=-Ib=Id，Ic=0，所以：

由以上得：-IB=IA+IC=2IA=2IC

由上述分析可知，在Y·n/d-11接線變壓器三角形側(cè)發(fā)生兩相短路時(shí)，星形側(cè)的一相（發(fā)生兩相短路的落后相）電流等于其他兩相短路電流的兩倍，且這一相電流與其他兩相電流方向相反。

3.3 主變低壓側(cè)母線檢查印證分析

根據(jù)3.3的分析，可以推測(cè)短路點(diǎn)應(yīng)在變壓器低壓側(cè)斷路器至本體的共箱母線段范圍內(nèi)。1月30日對(duì)共箱母線進(jìn)行全面檢查，在靠近斷路器側(cè)10m左右A、B相間的絕緣支架下方發(fā)現(xiàn)一只被燒焦的老鼠。

檢查結(jié)果與分析結(jié)果一致，可以確認(rèn)此次事故系老鼠進(jìn)入共箱母線內(nèi)造成變壓器低壓側(cè)瞬間相間短路。

4 事故的教訓(xùn)與啟示

此次事故，主要原因是由于高壓設(shè)備柜未有效封堵，老鼠進(jìn)入共箱母線，引起弧光短路，導(dǎo)致主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。事故造成關(guān)門(mén)巖水電站1#主變壓器非計(jì)劃停運(yùn)10小時(shí)，造成全廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)停運(yùn)1小時(shí)，雖直接經(jīng)濟(jì)損失不大，但性質(zhì)嚴(yán)重。

電站2009年曾安排進(jìn)行設(shè)備的封堵工作，但工作有遺漏，最終釀成發(fā)電設(shè)備非計(jì)劃停運(yùn)事故。事故發(fā)生后，電站立即對(duì)該處進(jìn)行了整改，并在全站范圍內(nèi)進(jìn)行了安全隱患排查治理。事故的教訓(xùn)是深刻的：

（1）反事故措施，須執(zhí)行到位。2006年，湖南省電力公司印發(fā)《貫徹國(guó)家電網(wǎng)公司十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施實(shí)施細(xì)則（試行）》，其第11項(xiàng)“防止開(kāi)關(guān)設(shè)備事故”關(guān)于“預(yù)防高壓開(kāi)關(guān)柜故障的措施”中有明確要求：“11.13.6高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)母線及各支引線宜采用可靠的絕緣材料包封，以防止小動(dòng)物或異物造成母線短路。”

反事故措施在電力系統(tǒng)中是一項(xiàng)基礎(chǔ)工作，防火防小動(dòng)物封堵是反事故措施中一項(xiàng)很小但很重要的工作，因小動(dòng)物造成短路的事故常有發(fā)生，極易造成重大設(shè)備損壞。此次事故再次敲響警鐘，防火封堵工作要作為一項(xiàng)重要工作，必須常抓不懈。

（2）加強(qiáng)廠用電源的管理。事故發(fā)生后，電站對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)UPS進(jìn)行了全面改造，新改造的UPS系統(tǒng)由兩臺(tái)電力專(zhuān)用UPS構(gòu)成，分別由兩段廠用單獨(dú)供電，直流輸入分別由兩段站用直流供電，兩臺(tái)UPS并機(jī)運(yùn)行，不再設(shè)交流輸入切換裝置，增加了UPS供電的可靠性。

（3）設(shè)備帶病運(yùn)行時(shí)，一定要作事故預(yù)想和有效的應(yīng)對(duì)措施。春節(jié)前發(fā)現(xiàn)UPS裝置存在蓄電池老化、逆變裝置交流輸入失電時(shí)會(huì)出現(xiàn)死機(jī)等缺陷，電站運(yùn)行部門(mén)曾針對(duì)該缺陷編寫(xiě)了應(yīng)急處理方案及事故預(yù)想。但方案對(duì)于兩臺(tái)裝置同時(shí)掉電的情況考慮不夠充分，而又恰逢春節(jié)，缺陷未能及時(shí)處理，最終導(dǎo)致這次主變低壓側(cè)短路跳閘、跳機(jī)。事故再次警示，在設(shè)備帶病運(yùn)行時(shí)不僅要加強(qiáng)巡視，還要及時(shí)消除設(shè)備缺陷。