雷擊引發的變壓器故障分析

郭華張海寧理玉華徐立明石偉

（1 許繼集團成都交大許繼電氣有限責任公司，四川成都 610031；2遼寧清河發電有限責任公司，遼寧鐵嶺 112003；3許繼電氣股份有限公司，河南許昌 461000）

雷擊引發的變壓器故障分析

郭華1張海寧2理玉華3徐立明3石偉3

（1 許繼集團成都交大許繼電氣有限責任公司，四川成都 610031；2遼寧清河發電有限責任公司，遼寧鐵嶺 112003；3許繼電氣股份有限公司，河南許昌 461000）

某電廠一次雷擊事故，造成兩臺變壓器間隙擊穿，其中一臺變壓器出現故障并出現變壓器差動保護快速動作。通過檢查現場信息以及分析故障前后的波形相關數據，得出匝間故障是造成本次差動保護動作的原因。通過對故障過程以及保護動作原因進行分析，本文提出了一些建議，對該類問題的分析與解決提供一定的參考。

雷擊；匝間故障；間隙擊穿

某電廠一次雷擊引起高壓側C相接地故障，同時造成兩臺變壓器間隙擊穿，并在切除C相接地故障時造成其中一臺變壓器絕緣損壞。通過分析和現場檢查，發現是變壓器C相匝間出現故障。本文對過電壓問題進行必要分析，并給出了相應的意見供大家參考。

1 故障前運行狀態

系統由1號機組和2號機組分別向系統供電，3號主變空載帶3號高廠變運行，3號發電機出口斷路器在分閘位置。1、2、3號主變共同并列運行，2號主變中性點直接接地，如圖1所示。

2 故障時現場情況

15：27.32.373 分由于外部雷擊出線C相故障，220KV線路分相差動保護出口及縱聯保護動作，跳開出線斷路器C相，保護動作后1 791ms單重合閘出口，重合成功。

圖1 故障前系統示意圖

在此期間15：27.32.426分1號主變兩套差動保護同時動作，跳開1號主變高壓側斷路器，使1號機組甩負荷停機解列。15：27.32.851分3號主變高壓側零序間隙保護動作，跳開3號主變高壓側斷路器，使3號機組甩負荷停機解列。2號發變組無任何保護動作，一直正常運行。

15：27.32.373 分由于外部雷擊出線C相故障，220KV線路分相差動保護出口及縱聯保護動作，跳開出線斷路器C相，保護動作后1 791ms單重合閘出口，重合成功。

在此期間15：27.32.426分1號主變兩套差動保護同時動作，跳開1號主變高壓側斷路器，使1號機組甩負荷停機解列。15：27.32.851分3號主變高壓側零序間隙保護動作，跳開3號主變高壓側斷路器，使3號機組甩負荷停機解列。2號發變組無任何保護動作，一直正常運行。

事故后組織檢查發現，1號主變兩套差動保護裝置均報主變B、C相差動故障，1號主變非電量保護報輕瓦斯保護動作。3號主變兩套保護均報主變高壓側間隙零序保護動作，且保護動作均相同數值。（詳細的數值請查看保護報告），同時發現主變中性點避雷器讀數由原來04變為05。

3 變壓器故障分析

3.1 保護動作報告

3.1.1 故障名稱：本體輕瓦斯動作。動作時間:3 2ms。

3.1.2 故障名稱：主變比率差動。故障相別：BN；動作時間:26ms；保護故障序號：570。

①高壓側A相電流：0.35∠270.35A.

②高壓側B相電流：0.14∠233.87A。

③高壓側C相電流：0.47∠80.32A。

④低壓側A相電流：0.34∠90.33A。

⑤低壓側B相電流：0.40∠289.32A。

⑥低壓側C相電流：0.14∠163.29A。

⑦A相差動電流：0.01A。

⑧A相制動電流：0.34A。

⑨B相差動電流：0.49A。

⑩10B相制動電流：0.17A。

(11) C相差動電流：0.50A。

(12)相制動電流：0.23A。

3.1.3 故障名稱：主變比率差動；故障相別：CN；動作時間:26ms；保護故障序號：571；

①高壓側A相電流：0.35∠270.35A。

②高壓側B相電流：0.14∠233.87A。

③高壓側C相電流：0.47∠80.32A。

④低壓側A相電流：0.34∠90.33A。

⑤低壓側B相電流：0.40∠289.32A。

⑥低壓側C相電流：0.14∠163.29A。

⑦A相差動電流：0.01A。

⑧A相制動電流：0.34A。

⑨B相差動電流：0.49A。

⑩B相制動電流：0.17A。

(11)相差動電流：0.50A。

(12)C相制動電流：0.23A。

3.1.4 故障名稱：高壓側間隙零序保護；動作時間: 506ms；保護故障序號1131。

①高壓側間隙零序電流：1.31∠287A。

②高壓側開口三角電壓：8.43∠359V。

根據報告和現場監控信息，差動和輕瓦斯幾乎同時動作，間隙保護后動和保護設計及有關定值設定相吻合。

保護定值

圖2 高壓側C相接地故障波形圖

圖3 變壓器故障保護動作時波形圖

3.2 故障原因分析

從圖2可知，高壓側C相線路接地故障時，C相電流很大，達到3倍額定電流以上，此時差動保護差流接近為0，制動電流很大。間隙也被迅速擊穿，二次零序電流達到10A左右。

從圖3可知，高壓側C相線路接地故障切除后，差流迅速增加，制動電流很小，發生內部故障特征明顯，保護正常動作，接地故障切除后零序電流從10A左右降到小于2A，高壓側零序電壓從60V左右降為10V左右，1號主變切除后零序電壓變為8V左右并一直持續。

圖4 變壓器兩側電流轉角后波形圖

從圖4可知，電流轉角后可得變壓器故障時：變壓器高、低壓側A、B相電流方向相反，差流接近為0；高、低壓側C相電流方向接近同向，內部故障特征明顯，本次故障可初步判定為C相匝間故障。

3.2.1 故障點實物照片

圖5 故障實物照片

圖5為變壓器故障點實物照片，照片上部為整體照片，下部為局部照片。從照片上可明顯看到絕緣破壞處的痕跡。

3.2.2 事故過程說明

一般直接接地系統，線路單相故障時，線路保護跳開故障相，主變間隙不會被擊穿，間隙保護不會動作。本次雷擊C相線路故障時，對變壓器產生的沖擊電壓大于變壓器間隙的擊穿電壓，兩臺變壓器間隙幾乎同時被擊穿，隨后在線路非全相運行中，產生的零序電流經過2號主變中性點接地點和1號、3號主變的間隙形成回路，1號主變跳閘后，3號主變中性點的電壓仍高于熄弧電壓，間隙持續擊穿，直至間隙保護動作。

3.3 間隙擊穿和絕緣損害原因分析

發生雷擊或進行開關操作時，相應電氣設備上都可能產生以流動波形式的高電壓波。對于變化速度很快頻率很高的高電壓波，相應的電氣參數必須用分布參數電路來分析。以1.2μS標準波頭雷電波為例，波長λ=vH= 360m，可知在很短距離內傳輸電氣上的兩點就可能相差峰值電壓，對絕緣威脅較大，當高電壓波在電氣傳輸中發生反射等其他疊加影響時，過電壓危害可能更大。

根據《繼電保護和安全自動裝置技術規程》和《大型發電機變壓器繼電保護整定計算導則》相關參考規定：當變壓器所接的電力網失去接地中性點，又發生單相接地故障時，間隙保護動作，經0.3s～0.5s時限動作斷開變壓器各側斷路器，本次間隙保護延時為0.5s，保護動作屬正確行為[1]。間隙保護原是側重對電力網失去接地中性點為保護設備安全而設計配置的。一般認為對于大電流接地系統，單相接地故障很難引起間隙擊穿[2]。而本次故障，兩臺主變間隙均擊穿，并在重合閘前的非全相運行中一直持續，故障情況也很典型。

由于在大電流接地系統以有效接地方式運行情況下，中性點暫態過電壓較高時間隙仍可能被擊穿，國內已發生多起類似事故，部分維護人員認為是變壓器中性點間隙距離設置過小，在事故后增大變壓器中性點間隙距離，這種處理措施是錯誤的。

間隙放電（或避雷器防雷）等過電壓絕緣防護設計是為了保護電氣絕緣不受損壞，相應的安裝是按照被保護設備的絕緣等級設計安裝的。只要間隙安裝符合設計要求，重新改變間隙距離將引起該絕緣防護設計的失敗。要減少間隙被擊穿的次數需從引起過電壓的原因著手，不論是在雷擊還是操作過電壓等原因引起間隙擊穿，僅僅說明該間隙設計能有效起到釋放高電壓沖擊的作用，使電氣設備減少過電壓沖擊持續時間和降低絕緣疲勞的作用，但間隙被擊穿，并不一定能保證電氣設備是完好無損的，本次事故也證明了這一點。

4 結論

綜上所述，筆者認為多雷區特別是南方強雷區電廠應對主要出線避雷設施等加強檢查，可有效減少對電廠設備的沖擊。另外，可考慮將間隙保護延時加長到1.5s左右，或根據運行經驗設定較長延時和出線重合閘保護配合,減少跳閘機會，但需要綜合考慮系統接地被切除后，無接地點時的保護運行配合問題。

［1］王維儉.電氣主設備繼電保護原理與應用（第二版）［M］.北京:中國電力出社，2002.

［2］薛伊琴，張曉東.線路落雷造成主變間隙保護動作原因分析［J］.東北電力技術，2007（9）：72-74.

Analysisof transform er fault caused by lightning stroke

GuoHua1Zhang Haining2LiYuhua3Xu Liming3ShiWei3
(1.XJGroup Chengdu SWJTU XujiElectrical Limited Liability Company，Chengdu，Sichuan 61003；2.Liaoning Qinghe PowerGeneration Limited Liability Company，Tieling Liaoning 112003；3 XJElectric Co.，Ltd.，Xuchang Henan 461000)

The lightning accident of a power plant resulted in two transformer gap breakdown，and one of the transformers has a faultwith transformer fault differential protection fast action.Through the on-site information inspection and analysis of the relevantwaveform data before and after the fault，finding that the fault between the turns was the cause of this differential protection action.Through the fault process analysis and protection action cause analysis，some suggestions were put forward in this paper，which have some reference value for the analysis and solvingofsuch kind ofproblem.

lightning strike；inter-turn fault；gap breakdown

TM407

：A

：1003-5168（2015）03-0064-3

2015-2-28

郭華（1978-）男，工程師，研究方向：繼電保護研究和應用。