一起110kV變電站主變壓器損壞事件分析

何理國(guó)

（廣西電網(wǎng)公司南寧供電局，南寧 530031）

1 案例概況

1.1 故障前運(yùn)行方式

事件發(fā)生前系統(tǒng)接線(xiàn)如圖1所示。

1）110kV側(cè)運(yùn)行方式

110kV 母線(xiàn)分列運(yùn)行，110kV 科鐵朝衡103開(kāi)關(guān)、林安朝104 開(kāi)關(guān)在運(yùn)行狀態(tài)，母聯(lián)100 開(kāi)關(guān)熱備用，110kV 備自投投入。

2）10kV側(cè)運(yùn)行方式

10kVⅠ號(hào)、Ⅱ號(hào)母線(xiàn)分列運(yùn)行，1 號(hào)主變10kV側(cè)901 開(kāi)關(guān)、2 號(hào)主變10kV 側(cè)902 開(kāi)關(guān)在運(yùn)行狀態(tài)，分段900 開(kāi)關(guān)熱備用，10kV 備自投投入。

圖1 事件前朝陽(yáng)站一次接線(xiàn)示意圖

1.2 故障經(jīng)過(guò)

2013年07月09日21 時(shí)57 分19 秒354 毫秒，110kV 朝陽(yáng)站10kV 朝北907 線(xiàn)路電流Ⅰ段動(dòng)作，跳開(kāi)10kV 朝北907 開(kāi)關(guān)，21 時(shí)57 分22 分404 毫秒，10kV 朝北907 開(kāi)關(guān)重合閘動(dòng)作，21 時(shí)57 分22 秒510 毫秒，10kV 朝北907 線(xiàn)路保護(hù)電流Ⅰ段再次動(dòng)作跳開(kāi)10kV 朝北907 開(kāi)關(guān)，21 時(shí)57 分22 秒579毫秒，1 號(hào)主變差動(dòng)保護(hù)出口動(dòng)作，跳開(kāi)110kV 科鐵朝衡103、1 號(hào)主變低壓側(cè)901 開(kāi)關(guān)，1 號(hào)主變本體保護(hù)發(fā)“本體輕瓦斯”信號(hào)。21 時(shí)57 分23 秒580毫秒，10kV 備自投動(dòng)作，合上10kV 母聯(lián)900 開(kāi)關(guān)。

2 現(xiàn)場(chǎng)檢查與原因分析

2.1 保護(hù)動(dòng)作行為分析

1）10kV 朝北907 線(xiàn)路保護(hù)動(dòng)作行為分析

從10kV 朝北907 保護(hù)裝置錄波分析，將本次故障分為三個(gè)階段：第一階段時(shí)10kV 朝北907 線(xiàn)路發(fā)生AC 相間短路故障，短路電流（有效值）約14.6kA，過(guò)流Ⅰ段保護(hù)動(dòng)作，重合閘動(dòng)作；第二階段907 開(kāi)關(guān)跳閘后等待重合閘的過(guò)程中，10kV 母線(xiàn)電壓恢復(fù)正常；第三階段，10kV 朝北907 開(kāi)關(guān)在跳開(kāi)3S 后，開(kāi)關(guān)重合，線(xiàn)路再次發(fā)生AC 相間故障，短路電流（有效值）14.6kA，過(guò)流Ⅰ段動(dòng)作跳開(kāi)907開(kāi)關(guān)。整個(gè)動(dòng)作過(guò)程動(dòng)作正確，10kV 保護(hù)裝置錄波如圖2所示。

圖2 10kV 朝北907 線(xiàn)路保護(hù)故障錄波

2）1 號(hào)主變保護(hù)動(dòng)作行為分析

從1 號(hào)主變保護(hù)裝置故障錄波分析，對(duì)應(yīng)于10kV 朝北907 線(xiàn)路故障的三個(gè)階段，分析如下：

第一階段，主變高低壓電流相位相反，差動(dòng)保護(hù)中制動(dòng)電流大于差動(dòng)電流，故障電流為穿越性電流，說(shuō)明此時(shí)故障點(diǎn)位于主變低壓側(cè)出線(xiàn)上，與10kV 朝北907 線(xiàn)路第一階段故障情況吻合，1 號(hào)主變受到第一次短路電流沖擊。

第二階段，在10kV 朝北907 第一次故障跳開(kāi)后至開(kāi)關(guān)等待重合前的3s 內(nèi)，主變保護(hù)各側(cè)電壓、電流恢復(fù)正常，說(shuō)明此時(shí)主變未發(fā)生故障。

第三階段，907 開(kāi)關(guān)重合后1 號(hào)主變差動(dòng)保護(hù)波形特征與第一階段一致，說(shuō)明1 號(hào)主變?cè)俅问艿酵还收宵c(diǎn)短路電流沖擊，在907 開(kāi)關(guān)過(guò)流Ⅰ段再次動(dòng)作后20ms，1 號(hào)主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。結(jié)合事故后檢查發(fā)現(xiàn)主變本體瓦斯繼電器有集氣、主變非電量保護(hù)發(fā)“輕瓦斯”告警信號(hào)等情況分析，初步判斷1 號(hào)主變本體受到兩次幅值（有效值）為14.6kA的相間短路電流沖擊后，主變內(nèi)部出現(xiàn)故障，造成差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，保護(hù)動(dòng)作正確，1 號(hào)主變保護(hù)故障錄波圖如圖3所示。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)分析

故障發(fā)生前，管理單位于2012年9月4日對(duì)該主變進(jìn)行了低電壓短路阻抗法和頻率響應(yīng)法繞組變形試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明該主變低壓a 相繞組存在輕度變形或位移，當(dāng)時(shí)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果為Ⅲ級(jí)，由于變形或位移情況較為輕微，結(jié)論是可以繼續(xù)運(yùn)行。

故障發(fā)生后，管理單位立即組織人員到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行搶修，試驗(yàn)人員對(duì)1 號(hào)主變進(jìn)行了瓦斯氣樣和本體油樣色譜試驗(yàn)、兩側(cè)繞組絕緣電阻、直流電阻、低電壓短路阻抗及頻率響應(yīng)特性試驗(yàn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：①瓦斯氣體和本體絕緣油中乙炔、氫氣、總烴含量嚴(yán)重超過(guò)注意值，根據(jù)三比值法判斷，該主變存在低能放電故障，可能由于繞組絕緣受到破壞，繞組匝間或繞組對(duì)鐵心間存在電位差，引起火花放電；②高壓繞組對(duì)低壓及鐵心絕緣電阻合格，但低壓對(duì)地以及鐵心對(duì)地的絕緣電阻均為零，該主變低壓繞組可能觸碰變壓器鐵心、夾件或變壓器外殼，造成變壓器鐵心多點(diǎn)接地和低壓繞組接地；③高壓繞組直流電阻合格，低壓繞組各相間的不平衡率遠(yuǎn)大于規(guī)程要求，并且a 相繞組直流電阻值相對(duì)歷史測(cè)試值變化非常大，可初步判斷該主變低壓側(cè)a 相繞組匝間絕緣擊穿，發(fā)生繞組匝間短路；④結(jié)合低電壓短路阻抗及頻率響應(yīng)特性診斷高、低壓繞組均已發(fā)生了嚴(yán)重變形，低壓a 相繞組的變形最為嚴(yán)重。

圖3 1 號(hào)主變保護(hù)故障錄波

2.3 巡視檢查結(jié)果

經(jīng)巡線(xiàn)人員檢查，發(fā)現(xiàn)在110kV 朝陽(yáng)變電站附近的人民東路人防工程施工的鉤機(jī)因施工不慎造成10kV 朝北907 線(xiàn)路跳閘（鉤機(jī)作業(yè)時(shí)觸碰線(xiàn)路#3桿拉線(xiàn)造成電桿嚴(yán)重傾斜導(dǎo)致線(xiàn)路相間短路），故障點(diǎn)離變電站約120m，屬于出口近端短路。

2.4 原因分析

綜合以上現(xiàn)場(chǎng)檢查與試驗(yàn)結(jié)果可知，造成本次事故的直接原因是朝陽(yáng)站#1 主變壓器連續(xù)2 次受到低壓側(cè)近區(qū)短路電流沖擊后，主變低壓繞組發(fā)生嚴(yán)重變形，低壓a 相繞組匝間短路，低壓繞組接地，鐵心內(nèi)部接地，主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作；間接原因是鉤機(jī)作業(yè)時(shí)觸碰線(xiàn)路#3 桿拉線(xiàn)造成電桿嚴(yán)重傾斜導(dǎo)致線(xiàn)路相間短路，進(jìn)而造成主變近區(qū)短路故障。

3 暴露出的問(wèn)題

3.1 朝陽(yáng)站1 號(hào)主變抗短路能力差

該主變生產(chǎn)于1995年，在饋線(xiàn)907 線(xiàn)路故障短路電流14.6kA 的沖擊下，變壓器動(dòng)、熱即遭到穩(wěn)定破壞，短路電流還未達(dá)到1 號(hào)主變耐受電流23.3kA的65%，在規(guī)程上主變完全可以滿(mǎn)足最大短路電流的沖擊，說(shuō)明該主變抗短路能力差，達(dá)不到設(shè)計(jì)值要求。

3.2 施工外力破壞問(wèn)題

2013年南寧市同時(shí)進(jìn)行9 個(gè)地鐵站和沿線(xiàn)的施工，以及南寧到沿海、廣州的高鐵，湘桂鐵路升級(jí)改造等施工，同時(shí)還進(jìn)行3 座立交橋和快速環(huán)道、高速環(huán)道的施工，對(duì)南寧電網(wǎng)的威脅非常大。線(xiàn)路維護(hù)單位興寧供電分局雖然加強(qiáng)了對(duì)朝陽(yáng)站外破隱患點(diǎn)的巡視，并且向施工單位下達(dá)了《電力安全隱患整改通知書(shū)》，現(xiàn)場(chǎng)采取的防外破措施有效性差，未能有效管控外破事件，嚴(yán)重威脅電網(wǎng)設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3.3 運(yùn)行方式存在問(wèn)題

對(duì)供電可靠性和設(shè)備安全性的取舍考慮不周，系統(tǒng)運(yùn)行部對(duì)朝陽(yáng)站1 號(hào)主變繞組發(fā)生輕微變形以及朝陽(yáng)站外部惡劣的設(shè)備運(yùn)行環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估不夠準(zhǔn)確，導(dǎo)致在選擇運(yùn)行方式時(shí)過(guò)于強(qiáng)調(diào)供電可靠性。

3.4 預(yù)防措施項(xiàng)目實(shí)施周期過(guò)長(zhǎng)

生產(chǎn)設(shè)備部已經(jīng)針對(duì)該風(fēng)險(xiǎn)提出了升級(jí)保護(hù)軟件版本，實(shí)現(xiàn)10kV 出線(xiàn)保護(hù)大電流閉鎖重合閘功能的預(yù)防措施并立項(xiàng)實(shí)施，但未能督促?gòu)S家加快保護(hù)軟件研發(fā)工作，縮短項(xiàng)目實(shí)施周期，導(dǎo)致該預(yù)防措施未能得到及時(shí)有效落實(shí)。

4 結(jié)論

4.1 選用合格設(shè)備

朝陽(yáng)站1 號(hào)主變壓器生產(chǎn)運(yùn)行年代久遠(yuǎn)，抗短路能力差，達(dá)不到設(shè)計(jì)值要求，對(duì)此，在變壓器選型時(shí)，應(yīng)選擇抗短路能力較高的材質(zhì)，中低壓線(xiàn)圈，尤其是低壓線(xiàn)圈導(dǎo)線(xiàn)必須使用半硬自粘換位導(dǎo)線(xiàn)、采用硬絕緣硬紙筒結(jié)構(gòu)，對(duì)制造廠(chǎng)提供的變壓器抗短路能力計(jì)算報(bào)告應(yīng)進(jìn)行認(rèn)真的校核，加強(qiáng)對(duì)110kV 及以上電壓等級(jí)新變壓器的出廠(chǎng)試驗(yàn)監(jiān)督，盡量選用通過(guò)短路試驗(yàn)的變壓器。

4.2 加強(qiáng)施工管理

對(duì)施工外力破壞問(wèn)題，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)線(xiàn)路范圍內(nèi)施工地點(diǎn)的巡視、交底、監(jiān)護(hù)工作，排查變電站附近可能會(huì)造成主變近區(qū)短路的施工點(diǎn)，排查經(jīng)過(guò)施工點(diǎn)的送電線(xiàn)路并采取防破壞措施，對(duì)施工單位進(jìn)行安全隱患通知；組織開(kāi)展對(duì)線(xiàn)路電桿拉線(xiàn)的專(zhuān)項(xiàng)檢查治理工作，對(duì)符合安全要求、能夠經(jīng)技術(shù)手段取消的拉線(xiàn)全部取消，對(duì)存在安全隱患的拉線(xiàn)納入日常隱患排查治理工作中加強(qiáng)巡視和維護(hù)。

4.3 加強(qiáng)變壓器繞組變形測(cè)試

按DL/T 1093—2008《電力變壓器繞組變形的電抗法檢測(cè)判斷導(dǎo)則》的要求，統(tǒng)計(jì)轄區(qū)內(nèi)變壓器受外部短路沖擊的的大小和次數(shù)，對(duì)符合標(biāo)準(zhǔn)要求 需要進(jìn)行繞組變形測(cè)試的變壓器，及時(shí)安排停電計(jì)劃并開(kāi)展繞組變形測(cè)試工作。

4.4 抓緊進(jìn)行保護(hù)升級(jí)

為了避免主變壓器在10kV 出線(xiàn)近端故障時(shí)經(jīng)受兩次大穿越電流的沖擊，保護(hù)變壓器不受損害，需對(duì)變電站10kV 線(xiàn)路保護(hù)裝置進(jìn)行增設(shè)大電流閉鎖重合閘功能的改造，需抓緊推進(jìn)10kV 出線(xiàn)保護(hù)大電流閉鎖重合閘功能的軟件版本申報(bào)及技術(shù)論證，督促?gòu)S家加快完成保護(hù)軟件研發(fā)工作，縮短項(xiàng)目實(shí)施周期，促進(jìn)該預(yù)防措施及時(shí)得到有效地落實(shí)。 大電流閉鎖重合閘升級(jí)是單設(shè)閉鎖重合閘速斷保護(hù)定值項(xiàng)及其投退控制字，對(duì)一次短路電流達(dá)到8000A 的速斷保護(hù)進(jìn)行重合閘放電，減少對(duì)主變保繞組的沖擊。