一起110 kV主變壓器中性點(diǎn)間隙擊穿的原因分析與故障查找

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(國網(wǎng)成都供電公司，四川 成都 610021)

0 引 言

目前，電力系統(tǒng)中使用的110 kV變壓器都是屬于半絕緣變壓器，即位于中性點(diǎn)附近變壓器繞組部分對地絕緣比其他部位弱，中性點(diǎn)的絕緣容易被擊穿。對于中性點(diǎn)裝設(shè)接地刀閘和放電間隙的變壓器， 根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行方式，變壓器中性點(diǎn)可直接通過接地刀閘接地運(yùn)行，也可經(jīng)間隙接地運(yùn)行，即不接地運(yùn)行，在中性點(diǎn)不接地運(yùn)行時(shí)，配置中性點(diǎn)間隙零序過流零序過壓保護(hù)作為主變壓器的后備保護(hù)。

介紹了一起110 kV GIS刀閘缺相導(dǎo)致的主變壓器中性點(diǎn)間隙擊穿事故，結(jié)合故障錄波，證明了中性點(diǎn)間隙保護(hù)動(dòng)作的正確性，并詳細(xì)分析了該事故發(fā)生的原因，通過采取電氣試驗(yàn)的方法，排查出故障位置，及時(shí)對故障進(jìn)行了修復(fù)，縮短了故障處理時(shí)間。

1 事故描述

2012年12月8日早上，九河變電站進(jìn)行倒閘操作，將2號主變壓器由182開關(guān)通過130母聯(lián)開關(guān)供電倒閘至181開關(guān)供電時(shí)，2號主變壓器中性點(diǎn)間隙發(fā)生放電，中性點(diǎn)間隙過流II段保護(hù)動(dòng)作，跳開181開關(guān)和901開關(guān)。

1.1 故障前電網(wǎng)運(yùn)行方式

圖1 九河變電站故障前運(yùn)行方式圖

九河變電站為戶內(nèi)GIS變電站，該站采用內(nèi)橋式接線，110 kV I、II母并聯(lián)運(yùn)行，全站負(fù)荷由110 kV龍九線182開關(guān)主供，九辰線181開關(guān)熱備用，110 kV備自投投入，1、2號主變壓器分別供10 kV I、II段母線負(fù)荷，930開關(guān)熱備用，10 kV分段備自投投入，10 kVⅠ段母線和10 kV II段母線供多條10 kV出線負(fù)荷，詳見圖1。

1.2 事故經(jīng)過

7點(diǎn)54分50秒，運(yùn)維人員根據(jù)調(diào)度命令將181由熱備用轉(zhuǎn)為運(yùn)行。

8點(diǎn)03分20秒，運(yùn)維人員根據(jù)調(diào)度命令將130開關(guān)由運(yùn)行轉(zhuǎn)熱備用。

8點(diǎn)03分24秒，2號主變壓器間隙過流II段保護(hù)動(dòng)作(動(dòng)作電流值5.83 A)，跳開181、901開關(guān)。

事故發(fā)生后，運(yùn)維人員立即到2號主變壓器室進(jìn)行查看，發(fā)現(xiàn)2號主變壓器中性點(diǎn)間隙發(fā)生嚴(yán)重的放電現(xiàn)象，中性點(diǎn)間隙銅棒被燒融了一截，詳見圖2。

圖2 主變壓器中性點(diǎn)放電間隙棒被燒損情況

2 原因分析與故障定位

從故障錄波裝置上調(diào)出故障時(shí)的電流電壓波形圖，詳見圖3和圖4。圖3中，2Ua、2Ub、2Uc為110 kV Ⅱ母電壓，4Ua、4Ub、4Uc為10 kV Ⅱ母電壓，由于九河站110 kVⅠ、Ⅱ母線上無TV，其母線電壓的監(jiān)測來自線路TV，從圖3中看出，故障前后，110 kV Ⅱ母電壓皆正常，但10 kV Ⅱ母電壓在故障時(shí)明顯發(fā)生畸變，C相電壓在故障錄波啟動(dòng)(0 ms)時(shí)刻，變?yōu)?，A、B相電壓相序反向，電壓峰值稍有降低；902開關(guān)TA電流值在0 ms時(shí)刻也發(fā)生變化，A、B相電流出現(xiàn)反向，C相電流幾乎為0；181開關(guān)B相在0 ms前無電流，在0 ms時(shí)出現(xiàn)反向的電流。圖4為故障持續(xù)時(shí)間內(nèi)的錄波圖，從圖中可以看出故障持續(xù)3 s，隨后故障消失，此刻2號主變壓器跳閘，退出運(yùn)行。

根據(jù)故障錄波分析可知，此次故障是由于變壓器缺相運(yùn)行，三相電壓不平衡，中性點(diǎn)電壓被抬高，超過中性點(diǎn)間隙的擊穿電壓(110 kV變壓器的中性點(diǎn)間隙調(diào)整距離為140 mm左右，擊穿電壓為60 kV左右)，使中性點(diǎn)間隙被擊穿。

圖3 故障開始時(shí)的錄波圖

圖4 故障持續(xù)3 s內(nèi)的錄波圖

2.1 缺相原因查找

故障發(fā)生后，檢修人員對變壓器、GIS設(shè)備依次進(jìn)行了診斷試驗(yàn)，對故障點(diǎn)進(jìn)行查找定位。

(1) 變壓器試驗(yàn)情況

變壓器型號為SFZ10-63000/110，出廠日期2012年4月，廠家為正泰變壓器廠，故障時(shí)變壓器運(yùn)行在5檔，對2號主變壓器進(jìn)行了診斷試驗(yàn)，主要包括變壓器空載試驗(yàn)和繞組直流電阻測試，試驗(yàn)數(shù)據(jù)詳見表1和表2。

表1 變壓器空載試驗(yàn)數(shù)據(jù)(5檔)

表2 變壓器繞組直流電阻試驗(yàn)數(shù)據(jù)

根據(jù)測得的變壓器空載試驗(yàn)數(shù)據(jù)和直流電阻試驗(yàn)數(shù)據(jù)，未發(fā)現(xiàn)繞組內(nèi)部存在斷線和短路的故障，表明變壓器無明顯故障，運(yùn)行正常。

(2)GIS試驗(yàn)情況

GIS設(shè)備型號為120-SFMT-32CA，廠家為西電三菱電機(jī)廠，出廠日期為1997年5月，投運(yùn)日期為1997年9月。對110 kV II母所屬間隔設(shè)備的氣室進(jìn)行了SF6分解產(chǎn)物測試，開關(guān)刀閘回路電阻測試，開關(guān)機(jī)械特性測試，試驗(yàn)結(jié)果見表3～表5。

表3 開關(guān)刀閘氣室SF6分解產(chǎn)物

表3所示為GIS各個(gè)氣室的SF6氣體分解產(chǎn)物，試驗(yàn)結(jié)果表明SF6氣體組分正常，GIS各氣室內(nèi)部未發(fā)生明顯的放弧痕跡。表4所示為刀閘和開關(guān)的回路電阻測試值，1813刀閘的回路電阻值A(chǔ)、C相顯示無窮大，表明1813刀閘內(nèi)部存在故障，沒有合上。表5所示為181和130開關(guān)的分合閘時(shí)間，分合閘時(shí)間值皆為正常范圍內(nèi)，表明開關(guān)設(shè)備運(yùn)行正常。

表4 110 kVII母所屬開關(guān)設(shè)備回路電阻

表5 開關(guān)的分合閘時(shí)間

2.2 缺相原因

從試驗(yàn)結(jié)果判斷出故障點(diǎn)出現(xiàn)在1813刀閘，隨后檢修人員打開1813刀閘氣室頂蓋，發(fā)現(xiàn)1813刀閘三相合閘不一致，B相刀閘合閘到位，而A、C未合閘到位，見圖5。

圖5 1813刀閘AC相合閘不到位

1813刀閘氣動(dòng)機(jī)構(gòu)箱采用的兩根傳動(dòng)軸帶動(dòng)動(dòng)觸頭進(jìn)行分合閘，B相用一根傳動(dòng)軸，A、C相共用一根傳動(dòng)軸，傳動(dòng)軸通過連接叉條拐臂使動(dòng)觸頭進(jìn)行分合閘。由于該叉條拐臂在當(dāng)時(shí)制作過程中工藝控制不嚴(yán)格，叉條拐臂與傳動(dòng)軸在尺寸上存在正工差，配合不緊密，再加上氣動(dòng)機(jī)構(gòu)分、合閘對罐內(nèi)導(dǎo)

體沖擊較大，經(jīng)過十多年來多次操作，緊固叉條拐臂的螺栓發(fā)生松動(dòng)且磨損嚴(yán)重并發(fā)生變形，見圖6所示。圖7為叉條拐臂與傳動(dòng)軸相互摩擦磨損，配合不緊密的照片。

圖6 動(dòng)觸頭傳動(dòng)軸件磨損情況

圖7 叉條拐臂與傳動(dòng)軸摩擦變形圖

通過以上分析可知，1813刀閘A、C相刀閘共用一根傳動(dòng)軸，該傳動(dòng)軸與叉條拐臂存在磨損，配合不緊密，緊固螺栓出現(xiàn)松動(dòng)。當(dāng)1813刀閘進(jìn)行合閘時(shí)，因A、C相傳動(dòng)軸未能固定住A、C相叉條拐臂，在進(jìn)行傳動(dòng)時(shí)未能可靠帶動(dòng)動(dòng)觸頭合閘，使得A、C相刀閘動(dòng)觸頭處于半分半合的狀態(tài)，導(dǎo)致了1813刀閘處于缺相運(yùn)行的狀態(tài)。

3 故障處理

在找到故障點(diǎn)后，在廠家的協(xié)助下，檢修人員更換了1813刀閘A、C相拐臂叉條和傳動(dòng)軸，經(jīng)過多次傳動(dòng)試驗(yàn)，確保了1813刀閘能可靠分閘，同時(shí)對2號主變壓器的中性點(diǎn)間隙銅棒進(jìn)行更換，及時(shí)恢復(fù)了送電。

由于九河站GIS運(yùn)行了15年，到了中期檢修的階段，為了防止該類刀閘再次出現(xiàn)此類故障，隨后檢修人員對全站GIS刀閘的拐臂叉條都進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)其1301、1021刀閘傳動(dòng)軸內(nèi)部已出現(xiàn)部分螺栓松動(dòng)、拐臂等配件存在磨損，都進(jìn)行了相應(yīng)的更換與緊固處理。

4 結(jié) 論

(1)變壓器高壓側(cè)A、C相缺相運(yùn)行時(shí)，中性點(diǎn)電壓會抬高，間隙會發(fā)生擊穿，通過設(shè)置中性點(diǎn)間隙過流保護(hù)能有效的保護(hù)變壓器。

(2)當(dāng)電氣設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，可通過故障錄波分析得出故障的原因，并通過高壓化學(xué)試驗(yàn)等技術(shù)監(jiān)督手段對故障進(jìn)行查找，縮短故障查找時(shí)間，提高了效率。

(3)國內(nèi)運(yùn)行了15年以上的GIS到了中期檢修的期限，部分傳動(dòng)件可能會出現(xiàn)松動(dòng)和變形，應(yīng)對其進(jìn)行開罐檢查，及早發(fā)現(xiàn)并及時(shí)處理事故隱患。