一起10千伏避雷器爆炸事故引發的技術思考

摘要： 針對一起主變10千伏側開關柜內避雷器爆炸引起的10千伏側后備保護、110千伏側后備保護動作的事例，通過對主變10千伏側開關柜內避雷器安裝位置的分析，找出了主變110千伏后備保護動作的原因，并針對此次分析過程中發現的一些問題進行了詳細的論證，同時提出了主變保護定值設置的新思路、新方法。

關鍵詞： 避雷器；主變保護；安裝位置；短路分析

中圖分類號： TM862 文獻標識碼：A

1 事故經過

1.1 事故前電網運行方式

某變電站110千伏母線、35千伏母線、10千伏母線均為單母線接線方式，110千伏線路甲1113、1號主變1101在110千伏I母運行；1號主變3501在熱備用狀態；10千伏五條出線、1號所用變1006、1號電容器10R1在10千伏 I母運行；跳閘前1號主變負荷為4.7MW（主變容量為40MW）。

1.2 保護動作情況

某日，某變電站1號主變10千伏側后備保護裝置復壓過流II段保護動作，1號主變1001斷路器跳閘。889毫秒后1號主變110千伏側后備保護裝置復壓過流II段保護動作，1號主變1101斷路器跳閘。

2 事故分析

2.1 事故后運行人員現場檢查發現1號主變10千伏側開關柜內避雷器爆炸，經現場檢查主變裝置定值與定值單相符。定值單中要求：10千伏側后備保護0.7秒跳本側斷路器，110千伏側后備保護1.6秒跳三側斷路器，因主變35千伏側在熱備用狀態，故此次110千伏側后備保護僅跳開110千伏側斷路器。故障時保護裝置的動作行為與設置的相同，保護裝置的動作行為正確。

2.2 在主變10千伏側后備保護動作跳開后，為何主變110千伏側后備保護還能采到故障電流而使保護動作跳閘？解答這個問題需先弄清楚故障點的位置，如圖1所示，發生爆炸的避雷器安裝在主變10千伏側電流互感器與斷路器之間，用來保護斷路器的斷口免受瞬時過電壓危害。故障錄波圖顯示，10千伏系統在20點13分至20點31分出現了間歇性的三相諧振過電壓，電壓最高A相166V，電壓B相87.9V， 電壓C相171.7V。系統諧振過電壓使避雷器絕緣擊穿，發生相間弧光短路而避雷器三相爆炸。短路時主變有源側（110千伏側）向故障點提供短路電流，故障點不在差動保護范圍內，主變110千伏側、10千伏側保護用電流互感器同時流過故障電流，對主變差動保護來說為穿越性電流，故主變差動保護不動作。且因10千伏側后備保護時間0.7秒比110千伏側后備保護時間1.6秒短，故10千伏側后備保護先動作跳開1001斷路器。1001斷路器斷開后，仍由主變有源側（110千伏側）向故障點提供短路電流，直至899毫秒后110千伏側后備保護動作跳開高壓側斷路器，故障才被切除。

2.3 主變差動保護的作用是防御變壓器內部（本體和引出線）的多相短路，大接地系統單相接地短路以及繞組匝間短路。避雷器在不在主變差動保護的范圍內，如圖1、2所示與避雷器的安裝位置有較大的關系。《國家電網公司十八項重大電網反事故措施（修訂版）》9.1.5條中規定：為防止出口及近區短路，變壓器35千伏及以下低壓母線應考慮絕緣化，10千伏的線路、變電站的出口2公里內應考慮絕緣導線。10千伏開關柜內避雷器故障，明顯屬于變壓器的近區短路故障，故障時間的長短將對變壓器的繞組等造成不同程度的損害。因此，在變壓器的近端發生故障時，快速的切除故障對防止變壓器損害有著重要的意義。

2.4 在低壓母線未配置母線保護時，將主變10千伏側開關柜內的電流互感器與避雷器的安裝位置對換，如圖2所示，當避雷器發生故障時，主變10千伏側保護電流互感器未流過故障電流，僅110千伏側保護電流互感器流過故障電流，故障點在主變差動保護范圍內，比率差動保護動作，將保證在100ms內切除故障，極大的縮短故障時間。

3 故障分析結果

通過對保護用避雷器的安裝位置的分析，本文認為，在制造工藝允許的情況下，將避雷器安裝在圖2的位置較合適，避雷器不但能起到保護斷路器的斷口免受瞬時過電壓的作用，在自身故障時還能通過主變差動保護快速的切除故障，減少對主變壓器的影響。

4 防范措施

4.1 《國家電網公司十八項重大電網反事故措施（修訂版）》中14.5.1條規定：在中性點不接地的6～35千伏系統，應根據電網發展每3～5年進行一次電容電流測試。當單相接地故障電容電流超過《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》（DL/T620-1997）規定時，應及時地裝設消弧線圈，單相接地電流雖未達到規定值，也可根據運行經驗裝設消弧線圈，消弧線圈的容量應能滿足過補償的運行要求。應在該變電站加裝過補償的消弧線圈從而減少設備諧振過電壓的幾率。

4.2 在制造工藝允許的情況下，將避雷器安裝在圖2的位置較合適，新建變電站設備主變10千伏側開關柜內的設備應按圖2位置安裝，實現其一直處于差動保護范圍的狀態。

4.3 在避雷器安裝位置未改變前，三圈變單主變單母線運行方式可采取主變10千伏側后備保護過流1時限0.7秒跳本側，過流2時限1.0秒跳主變三側（主變高壓側后備保護1.6秒跳三側）；雙主變單母分段方式可采取主變10千伏側后備保護過流1時限0.7秒跳分段，過流2時限1.0秒跳本側，過流3時限1.3秒跳主變三側（主變高壓側后備保護1.9秒跳三側）。此種保護設置可以比主變高壓側后備保護動作切除故障時縮短0.6秒，一定程度上縮短了變壓器承受短路電流的時間。

4.4在避雷器安裝位置未改變前，也可以考慮在該站10千伏開關柜內加裝弧光保護來解決。該保護采用檢測弧光和過流雙判據原理，由于電弧光能在短路故障發生后1ms內很快產生，而在非故障狀態下母線處不可能產生電弧，因而弧光保護具有原理簡單、動作可靠、速度快等優點。在35千伏及以下電壓等級的母線由于不涉及穩定問題，一般都未裝設母線保護。但中低壓母線上的各種出線多，操作也相對頻繁，三相導體線間距離與大地的距離較近，容易受外界導體的危害，并出現設備絕緣老化和機械磨損，運行條件惡劣，人為和操作錯誤等問題，而快速母線保護的出現正好解決了這個難題。由于中低壓母線故障一般發生在開關柜內，可以通過在開關柜內裝設弧光探頭的方式迅速找到并切除故障。含斷路器動作時間整個跳閘過程不超過100ms，同時由于采用了弧光和過流雙判據減少了誤跳的產生，從而極大的提高了中低壓母線運行的安全性和可靠性。

參考文獻

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