永寧風(fēng)電場110kV主變壓器中性點(diǎn)間隙擊穿事故原因分析

敖 鵬李彥質(zhì)

（1.中國水電顧問集團(tuán)風(fēng)電關(guān)嶺有限公司，貴州關(guān)嶺 561300；2.中國水電顧問集團(tuán)投資有限公司，北京 100101）

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永寧風(fēng)電場110kV主變壓器中性點(diǎn)間隙擊穿事故原因分析

敖 鵬1李彥質(zhì)2

（1.中國水電顧問集團(tuán)風(fēng)電關(guān)嶺有限公司，貴州關(guān)嶺 561300；2.中國水電顧問集團(tuán)投資有限公司，北京 100101）

【摘 要】永寧風(fēng)電場因電網(wǎng)故障引發(fā)110kV主變壓器中性點(diǎn)間隙擊穿，接地點(diǎn)接地不良致中性點(diǎn)間隙零序電流引至中性點(diǎn)接地刀閘現(xiàn)地操作箱，造成設(shè)備燒毀事故。本文分析了事故的發(fā)生原因及處理過程，總結(jié)了經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，指出了變電站接地系統(tǒng)對電力設(shè)備安全運(yùn)行的重要性。

【關(guān)鍵詞】主變壓器；中性點(diǎn)間隙；擊穿；原因

1　概 述

永寧風(fēng)電場位于貴州省安順市關(guān)嶺布依族苗族自治縣境內(nèi)，共安裝24臺單機(jī)容量為2MW的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，總?cè)萘繛?8MW。設(shè)計(jì)年平均上網(wǎng)電量為96256MW·h，等效滿負(fù)荷年利用小時數(shù)為2005h。首臺機(jī)組于2015年5月25日并網(wǎng)發(fā)電，2015年6月29日24臺機(jī)組全部并網(wǎng)發(fā)電。

永寧風(fēng)電場通過2回35kV集電線路接入永寧110kV升壓站35kV母線，主接線采用線路變壓器組接線方式，最終出線1回至220kV頂云變電站。永寧風(fēng)電場升壓站安裝一臺三相雙圈有載調(diào)壓變壓器，容量為50MVA，額定電壓為（110±8）×1. 25%／35kV，命名為永寧風(fēng)電場1號主變壓器。

2　事故經(jīng)過

永寧風(fēng)電場升壓站于2015年5月24日正式帶電運(yùn)行，1號主變壓器采用中性點(diǎn)直接接地方式。2015 年5月25日，因電網(wǎng)系統(tǒng)需要，當(dāng)?shù)卣{(diào)度命令斷開永寧風(fēng)電場1號主變壓器中性點(diǎn)接地刀閘，1號主變壓器中性點(diǎn)運(yùn)行方式改為經(jīng)間隙接地方式運(yùn)行。

2015年7月24日，永寧風(fēng)電場正常運(yùn)行，負(fù)荷6560kW。當(dāng)日9時5分，因電網(wǎng)故障導(dǎo)致永寧風(fēng)電場110kV輸電線路停電，所有風(fēng)機(jī)甩負(fù)荷停機(jī)，上位機(jī)第一個故障信息報(bào)1號主變壓器低后備保護(hù)-低壓側(cè)復(fù)壓動作?，F(xiàn)場檢查1號主變壓器高低壓側(cè)斷路器均處在合閘位置，所有繼電保護(hù)裝置均未發(fā)出任何跳閘信號，1號主變壓器本體及套管無放電痕跡，1號主變壓器中性點(diǎn)接地刀閘現(xiàn)地操作箱及操作電機(jī)被燒毀，停電系電網(wǎng)系統(tǒng)側(cè)停電導(dǎo)致。

后查明因當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)A相接地故障，造成電網(wǎng)系統(tǒng)三相電壓不平衡，致永寧風(fēng)電場1號主變壓器中性點(diǎn)產(chǎn)生281. 27kV的零序電壓，并擊穿中性點(diǎn)間隙，產(chǎn)生6. 6kA的間隙零序電流，持續(xù)時間為1. 2s，電流引至1號主變壓器中性點(diǎn)接地刀閘現(xiàn)地操作箱，并燒毀操作箱及操作電機(jī)，造成設(shè)備燒毀事故。

3　事故原因分析

3. 1關(guān)于變壓器中性點(diǎn)運(yùn)行方式的原因分析

變壓器中性點(diǎn)接地方式有三種：?不接地；?直接接地；?經(jīng)電抗器接地。110kV系統(tǒng)中變壓器中性點(diǎn)直接接地或經(jīng)低阻抗接地，部分變壓器中性點(diǎn)也可不接地；對可能在110kV系統(tǒng)中偶然形成局部不接地系統(tǒng)，并產(chǎn)生較高的工頻過電壓，低壓側(cè)有電源的110kV變壓器中性點(diǎn)不接地的中性點(diǎn)應(yīng)裝設(shè)間隙，因接地故障形成局部不接地系統(tǒng)時，該間隙應(yīng)動作［1］。為了防止中性點(diǎn)不接地，變壓器中性點(diǎn)電壓在故障時升高破壞變壓器絕緣，因此不直接接地的變壓器中性點(diǎn)采用間隙保護(hù)。當(dāng)中性點(diǎn)電壓升高時，空氣間隙被擊穿引燃電弧，將中性點(diǎn)接地。當(dāng)電壓降低后，電弧熄滅，中性點(diǎn)不接地［2］。

因當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行方式的需要，永寧風(fēng)電場110kV 1號主變壓器正常運(yùn)行時其中性點(diǎn)接地方式為經(jīng)間隙接地方式運(yùn)行（不接地），低壓側(cè)接入風(fēng)電場風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電源。在此次發(fā)生系統(tǒng)A相接地故障時，1號主變中性點(diǎn)產(chǎn)生過電壓，永寧風(fēng)電場升壓站形成局部不接地系統(tǒng)，1號主變壓器中性點(diǎn)間隙擊穿動作正確，產(chǎn)生間隙零序電流。故永寧風(fēng)電場1號主變壓器中性點(diǎn)經(jīng)間隙接地運(yùn)行方式應(yīng)是合理的，符合當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)運(yùn)行的要求。

3. 2關(guān)于電氣設(shè)計(jì)計(jì)算的原因分析

永寧風(fēng)電場為新建電場，2015年5月24日升壓站帶電運(yùn)行，目前處于試運(yùn)行階段，至2015年7月24日故障發(fā)生時，電氣設(shè)備均正常運(yùn)行。參考同地區(qū)、同裝機(jī)容量、相同設(shè)計(jì)方案的織金三塘風(fēng)電場，其主變壓器中性點(diǎn)運(yùn)行方式同為經(jīng)間隙接地方式運(yùn)行，在系統(tǒng)故障形成的織金三塘風(fēng)電場升壓站局部不接地系統(tǒng)中，主變中性點(diǎn)間隙擊穿動作后并未發(fā)生設(shè)備燒毀事故。鑒于此，可判斷永寧風(fēng)電場的電氣設(shè)計(jì)計(jì)算應(yīng)是合理的。

3. 3關(guān)于繼電保護(hù)裝置是否正確動作的原因分析

永寧風(fēng)電場主變壓器高后備保護(hù)間隙過流定值二次值為3. 33A，折算成一次值為100A（間隙電流互感器變比為150／5A），間隙保護(hù)1時限退出，間隙保護(hù)2時限投入，定值為1. 5s。此次事故發(fā)生時產(chǎn)生的間隙零序電流為6. 6kA，持續(xù)時間為1. 2s，間隙零序電流值已達(dá)到保護(hù)啟動值，時間未達(dá)到保護(hù)動作時限，保護(hù)裝置未發(fā)出跳閘命令。永寧風(fēng)電場保護(hù)定值按照現(xiàn)場實(shí)際參數(shù)經(jīng)專業(yè)計(jì)算而得，其科學(xué)性應(yīng)得到認(rèn)可。因此，此次事故發(fā)生時保護(hù)裝置未動作出口跳閘是合理的。

3. 4關(guān)于接地不良的原因分析

接地系統(tǒng)是電網(wǎng)的重要組成部分，其任務(wù)是將某些電氣設(shè)備與大地連接，提供穩(wěn)定的參考地電位，為故障電流或雷擊電流提供宣泄通道［3］?，F(xiàn)場對永寧風(fēng)電場1號主變壓器中性點(diǎn)接地點(diǎn)的接地電阻進(jìn)行測量，其值為無窮大。可推斷此次事故系因1號主變壓器中性點(diǎn)接地點(diǎn)埋入地下的接地扁鐵斷裂，1號主變壓器中性點(diǎn)間隙擊穿時產(chǎn)生的間隙零序電流不能順利引入大地消耗，流向中性點(diǎn)接地刀閘現(xiàn)地操作箱，形成反擊過電壓所致，這是此次事故發(fā)生的根本原因。

4　事故處理

為保證永寧風(fēng)電場1號主變壓器的安全運(yùn)行，采用兩根專用接地線，連接永寧風(fēng)電場1號主變壓器中性點(diǎn)接地點(diǎn)至升壓站其他兩點(diǎn)接地電阻合格的接地點(diǎn)雙接地的臨時安全措施。對1號主變壓器中性點(diǎn)接地點(diǎn)的接地扁鐵進(jìn)行焊接，對附近土壤進(jìn)行加降阻劑處理，并測量確保接地點(diǎn)的接地電阻值達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；更換新的中性點(diǎn)接地刀閘現(xiàn)地操作箱，并對主變壓器中性點(diǎn)機(jī)構(gòu)整套進(jìn)行試驗(yàn)，保證各項(xiàng)數(shù)據(jù)均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，不留任何事故隱患。

在2015年9月12日因雷擊造成永寧風(fēng)電場110kV輸電線路C相接地故障過程中，1號主變壓器中性點(diǎn)間隙擊穿所產(chǎn)生的9. 1kA間隙零序電流順利通過接地系統(tǒng)引入大地消耗，未造成任何設(shè)備燒毀，證明此次事故的原因分析及處理過程是正確的。

5　經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)

永寧風(fēng)電場升壓站接地電阻設(shè)計(jì)值為小于0. 5Ω，永寧風(fēng)電場升壓站接地網(wǎng)工程與電氣安裝工程分屬兩個獨(dú)立工程，接地網(wǎng)在驗(yàn)收時的電阻測量值為0. 4Ω，滿足設(shè)計(jì)要求；升壓站各電氣設(shè)備接地點(diǎn)在驗(yàn)收時的接地電阻測量值也能滿足設(shè)計(jì)要求。在兩項(xiàng)工程接近完工的交叉施工階段回填時，土石方壓斷了1號主變壓器中性點(diǎn)接地點(diǎn)的接地扁鐵，而在設(shè)備投運(yùn)時未檢查各接地點(diǎn)的接地電阻值是否滿足設(shè)計(jì)要求，造成了此次事故。

6　結(jié) 語

對變電站而言，其接地系統(tǒng)要求能夠?qū)⒐收想娏骱屠讚綦娏骷皶r傳導(dǎo)至土壤，保障變電站內(nèi)的電氣設(shè)備不遭到反擊過電壓的破壞，同時保護(hù)工作人員在故障檢修時免遭地電位升高的傷害，因此接地系統(tǒng)對電網(wǎng)安全運(yùn)行有著極其重要的意義［3］。良好的接地系統(tǒng)應(yīng)提供一個盡可能低的低電阻對地路徑（接地電阻），接地電阻越低，雷電流、浪涌和故障電流就可越安全地消散到大地，過電壓值就越低。接地裝置通過降低接地電阻，加速接地電流的擴(kuò)散，減少地電位的升高，在變電站中的作用非常重要。一個合乎規(guī)范要求的接地裝置，可以在變電站發(fā)生接地故障時，保障人身和設(shè)備的安全。為防止反擊過電壓燒壞電力設(shè)備，保證工作人員不受地電位傷害，電力系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)單位應(yīng)在安全生產(chǎn)工作中確保接地系統(tǒng)的完整性、可靠性；在新設(shè)備投入運(yùn)行及檢修、試驗(yàn)完成后應(yīng)嚴(yán)格檢查接地系統(tǒng)和接地裝置的完好性；做好對接地系統(tǒng)和接地裝置的定期檢查和維護(hù)工作，保證安全生產(chǎn)?！?/p>

參考文獻(xiàn)

［1］ DL／T 620—1997交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合［S］.北京：中國電力出版社，1997.

［2］ 孫萬忠. 110kV變壓器中性點(diǎn)接地方式探討［J］.四川電力技術(shù)，2001（5）.

［3］ 朱虹霖.變電站接地系統(tǒng)的重要性［J］.硅谷，2013（23）.

Analysis on the reasons of 110kV main transformer neutral Point gaP breakdoWn accident in Yongning Wind PoWer Plant

AO Peng1，LI Yanzhi2
（1．Hydrochina Wind Power Guanling Vo.，Ltd.，Guanling 561300，Vhina；2．Hydrochina Investment Vo.，Ltd.，Beijing 100101，Vhina）

Abstract：110kV main transformer neutral point gap breakdown occurs because of the power grid failure in Yongning Wind Power Plant. Adverse earth point lead to neutral point gas zero sequence current flowing to neutral point grounding switch in-situ operation box，thereby producing equipment firing accident. In the paper，accident reasons and treatment process are analyzed，experiences and lessons are summarized. It is appointed that transformer substation grounding system has great importance to safe operation of power equipment.

Key Words：main transformer；neutral point gap；breakdown；reasons

DOI：10.16617／j.cnki.11-5543／TK.2016.02.011

中圖分類號：TM4

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1673-8241（2016）02-0035-03