主變低壓側(cè)復(fù)合電壓過流保護(hù)動作故障分析及處理

羅增壽

摘 要：主變低壓側(cè)復(fù)合電壓過電流保護(hù)是主變低壓側(cè)及其連接設(shè)備的后備保護(hù)，對主變的安全運行有著重要的作用，本文通過對主變低壓側(cè)復(fù)合電壓過電流保護(hù)事件故障情況進(jìn)行分析和提出處理辦法，并判定事故的主要原因，提出整改、防范措施和經(jīng)驗反饋。

關(guān)鍵詞：變壓器;母線開關(guān)柜;三相短路故障;故障原因;防范措施

中圖分類號：TM645 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）10-0157-02

1融安水電站簡介

融安水電站與浮石水電站共用現(xiàn)有的浮石水電站大壩及水庫，廠房位于浮石水電站大壩右岸上游200m處沖溝出口處。融安水電站燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組1臺，裝機(jī)容量1×18MW，水輪發(fā)電機(jī)組為東方電機(jī)廠生產(chǎn)，水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)型號分別為GZD654-WP-590、SFWG18-64/6250，其機(jī)組也通常稱浮石水電廠#4機(jī)組，電站于2015年7月26日投產(chǎn)發(fā)電。

融安水電站經(jīng)#3主變接入浮石電廠開關(guān)站，通過浮石電廠原有的兩條110kV線路接入系統(tǒng)。#3主變型號為SF11-20000/110，高、低側(cè)后備保護(hù)均設(shè)有復(fù)合電壓過電流保護(hù)。

2事故前浮石電廠、融安電站運行方式

事故前設(shè)備運行方式：浮石水電廠3臺機(jī)組各帶15MW負(fù)荷，融安電站機(jī)組停機(jī)備用。廠用電正常方式運行（#1廠變帶廠用400VⅠ段，#2廠變帶廠用400VⅡ段，#3廠變帶廠用400VⅢ段）。天氣：陰雨，室內(nèi)濕度97%。

事故后設(shè)備運行方式：#4機(jī)組在開機(jī)并網(wǎng)后升負(fù)荷的過程中，出口開關(guān)4跳閘，機(jī)組甩負(fù)荷后空載運行;105開關(guān)跳閘，3#主變停運，943開關(guān)跳閘，#3廠變失壓，廠用電備自投裝置正常動作，廠用電切換由浮石電廠側(cè)供電。

3事件簡況

2017年04月05日17：18#4機(jī)組并網(wǎng)，在增加機(jī)組出力的過程中，17：22 監(jiān)控上位機(jī)報“#3主變保護(hù)動作”告警，主變高壓側(cè)105開關(guān)跳閘、#4機(jī)組出口開關(guān)跳閘，機(jī)組甩負(fù)荷后空載運行，#3廠變943開關(guān)跳閘，廠用電備自投裝置正常動作，廠用電切換由浮石電廠側(cè)供電。主變保護(hù)屏查看，低壓側(cè)后備保護(hù)裝置顯示：復(fù)合電壓方向過流保護(hù)動作。

4事件處理過程

4.1運行檢查處理

（1）運行人員立即用工業(yè)視頻監(jiān)控視頻查看發(fā)現(xiàn)融安水電站10.5kV高壓室有明顯煙霧。（2）同時，立即安排當(dāng)班人員現(xiàn)場檢查：1）#3主變及高壓側(cè)外觀無發(fā)現(xiàn)明顯異常，#3主變溫度、油位正常;2）主變低壓側(cè)連接電纜至10.5kV高壓室檢查發(fā)現(xiàn)有明顯煙霧和絕緣焦味;3）#3主變保護(hù)屏檢查有“#3主變后備保護(hù)動作”告警，“復(fù)合電壓方向過流保護(hù)”動作;4）廠用400VⅢ由浮石電廠側(cè)供電正常。（3）將事故情況匯報調(diào)度、電廠領(lǐng)導(dǎo)，申請中調(diào)停#4機(jī)停機(jī)，按水情帶負(fù)荷，并要求電廠立即安排運維人員現(xiàn)場檢查。（4）運行人員做停電隔離安全措施，拉開#3主變高壓側(cè)開關(guān)及刀閘和低壓側(cè)10kVⅢ段母線各手車開關(guān)、手車隔離手車搖至“試驗”位置，并在各側(cè)掛接地線和合上地刀，完成安全措施[1]。

4.2維護(hù)檢查處理過程

（1）打開主變低壓測10kV隔離開關(guān)柜后蓋板和頂蓋板檢查，發(fā)現(xiàn)母線室被擊穿短路熏黑，柜內(nèi)母排室全部被煙塵熏黑，C相母線排有局部燒蝕熔化點，C相主母線排與支路連接部位螺栓較松。（2）經(jīng)檢查并確認(rèn)設(shè)備已損壞，對設(shè)備損壞情況的檢查后，聯(lián)系廠家要求以最快的速度準(zhǔn)備維修方案和所需更換部件。（3）對#3主變絕緣檢查，高壓繞組對地2500MΩ，低壓繞住對地400MΩ，結(jié)果正常。（4）對10kV受損柜母線的絕緣檢查，絕緣電阻為A相8MΩ、B相4MΩ、C相1.5MΩ，不合格。（5）對受損開關(guān)柜進(jìn)行清掃、檢查、缺陷取證、樣品加熱試驗、打磨、刷漆。（6）04月08日14：00 絕緣件和母排經(jīng)空運到達(dá)現(xiàn)場，開始進(jìn)行安裝。（7）04月09日13：00熱縮護(hù)套通過快遞到達(dá)現(xiàn)場。17：00完成設(shè)備安裝、做交流耐壓試驗和測絕緣電阻合格。18：11#3主變和10kV開關(guān)柜恢復(fù)正常運行。

5事件原因分析

5.1故障錄波波形分析（保護(hù)裝置事件報告錄波圖如圖1）

從主變保護(hù)錄波圖看，三相短路故障發(fā)生前電壓波形已經(jīng)異常：A、B相電壓波形正常幅值變大，C相波形顯示接近0V，從電壓波形圖的峰值（約141V）計算出A、B相電壓的有效值月為141/√2=100V， A、B相電壓較正常電壓（57V）高出了√3倍，符合不接地系統(tǒng)單相接地故障特征，確認(rèn)為C相發(fā)生單相接地故障。主變保護(hù)錄波圖時間軸0ms時刻后發(fā)展成三相短路故障，三相短路電流突然變大（290ms時為：28.55A），三相電壓突然接近0V，短路電流大于保護(hù)動作定值（14.8A），主變底后備保護(hù)動作跳開各側(cè)電源開關(guān)，切斷故障點，電壓、電流均為零。根據(jù)上述分析可判斷：故障點應(yīng)在主變差動保護(hù)范圍以外設(shè)備，即C相先發(fā)生接地故障，接著發(fā)生了三相接地短路，保護(hù)裝置動作正確。

5.2母線現(xiàn)場檢查情況

（1）主變低壓側(cè)9033隔離小車的檢查：將隔離小車退出，下端動觸頭完好，色澤光艷，上端動觸頭完好，表面有煙熏粉漬。（2）開關(guān)柜母線室檢查：拆開母線室后蓋板，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部母線室側(cè)壁全部被熏黑，拆開母線室頂部蓋板，內(nèi)部全部被熏黑，母線絕緣護(hù)套跌落且呈焦?fàn)睢＿M(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)母線與支路連接處的連接螺桿沒有上緊，但螺桿沒有燒弧痕跡。（3）母線室清掃后，擊穿點的復(fù)原取證：因在母線拆除前空間有限，無法清楚查看短路點，在對母線室進(jìn)行清掃和拆除全部母排和絕緣件后，分別將A、B、C各相母線和絕緣件按原安裝位置復(fù)原擺放，并進(jìn)行檢查，以便準(zhǔn)確認(rèn)定放電擊穿路徑。現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)C相母線有2處放電擊穿點，A、B相各有1處放電擊穿點，其中C相銅母排擊穿溶化點在穿墻套管內(nèi)部，是唯一不是通過空氣擊穿的短路點，應(yīng)該是穿墻套管被擊穿形成對金屬隔板放電短路，可以確定是造成單相接地的部位。C相發(fā)生單相接地后與A、B相通過空氣擊穿造成三相短路。

5.3相關(guān)的檢驗性試驗

（1）母線（故障現(xiàn)狀）耐壓試驗：為了判明故障點是否為永久性故障，在保持故障原狀態(tài)情況下，我們分別通過試驗變壓器對三相母線進(jìn)行了加壓試驗。試驗結(jié)果，C相母線在5kV時支柱絕緣子底座和靜觸頭盒放電，A、B相母線在10kv時支柱絕緣子底座和靜觸頭盒放電。每次放電均有煙霧產(chǎn)生。可以認(rèn)定C相為永久性故障，A、B相接近永久性故障性質(zhì)。

（2）母線絕緣件加熱試驗：為了檢驗?zāi)妇€室內(nèi)的黑色煙塵的來源，我們對熱縮套管、穿墻套管和支柱絕緣子進(jìn)行了電爐加熱試驗。試驗結(jié)果，在達(dá)到溫度400℃左右情況下，絕緣件均產(chǎn)生濃煙和燃燒。

5.4原因分析及結(jié)論

5.4.1 C相絕緣擊穿接地的可能原因

（1）C相支母排與主母排的連接螺栓松動，母線室連接母排通過電流增加時，母排溫度突變非線性升高，異常高溫使穿墻套管絕緣性能下降。（2）高溫使熱縮護(hù)套燃燒產(chǎn)生碳粉煙塵，并附著在穿墻套管上降低了絕緣性能。（3）C相穿墻套管有隱藏性缺陷，經(jīng)過一定時間運行后發(fā)展和進(jìn)一步惡化（4月10日上午對該套管進(jìn)行了外觀檢查和施加42kV交流耐壓試驗，排除套管有裂紋隱藏性缺陷）。（4）4月5日當(dāng)天環(huán)境濕度較大（為97%），也是對設(shè)備運行不利的一個次要因素。

5.4.2三相接地短路原因

C相發(fā)生單相接地后，A、B相通過空氣擊穿引起三相短路。原因：（1）與上述第2點共同的原因，高溫使熱縮護(hù)套燃燒產(chǎn)生碳粉煙塵，煙塵彌漫在母線室造成空氣絕緣強(qiáng)度下降。（2）C相母線單相接地電弧放電產(chǎn)生大量煙塵，使母線室空氣絕緣強(qiáng)度急速降低。（3）C相單相接地造成A、B相對地電壓由相電壓上升到線電壓。（4）4月5日當(dāng)天環(huán)境濕度較大（為97%），也是對設(shè)備運行不利的一個次要因素[2]。

5.5結(jié)論

主變低壓側(cè)開關(guān)柜C相支母排與主母排的連接螺栓松動，母線室連接母排通過電流增加時，母排溫度突變非線性升高，異常高溫使穿墻套管絕緣性能下降，造成C相發(fā)生單相接地，后A、B相通過空氣擊穿引起三相短路，由于故障點在主變差動保護(hù)范圍外，故主變低壓側(cè)復(fù)合電壓方向過流保護(hù)動作。

6整改措施

（1）全面檢查該項目所有封閉母線，是否存在螺桿未壓緊、母線絕緣護(hù)套有無老化、絕緣件有無放電痕跡等情況。（2）在大電流匯集母線柜加裝溫度檢測裝置。（3）完善電廠電氣設(shè)備檢修文件包，將檢查封閉母線列入年度常規(guī)檢修內(nèi)容。（4）完善主變10kV母線接地保護(hù)，將零序電壓接入主變保護(hù)。（5）完善主變差動保護(hù)的保護(hù)范圍，按原設(shè)計該段母線未在主變差動的保護(hù)范圍。

7經(jīng)驗反饋

（1）項目施工管理應(yīng)選擇能力強(qiáng)、資質(zhì)高的設(shè)計、施工與監(jiān)理單位。（2）加強(qiáng)對設(shè)備的檢修維護(hù)管理，特別是一次設(shè)備封蔽部位，如開關(guān)柜內(nèi)部等，都需要在檢修期進(jìn)行徹底檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時處理消除，以防患于未然，機(jī)電設(shè)備安全運行。（3）加強(qiáng)對新投運設(shè)備的安裝施工過程監(jiān)督、驗收管理以及設(shè)備檢修過程監(jiān)督、驗收管理，特別是對一次設(shè)備的隱蔽部位，設(shè)備業(yè)主方應(yīng)全過程監(jiān)督和檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時要求整改。（4）新投運的一次設(shè)備應(yīng)加強(qiáng)人工對導(dǎo)流體的溫度檢查，建議在大電流匯集母線柜加裝溫度檢測裝置并引入監(jiān)控系統(tǒng)，以便運行人員隨時監(jiān)視設(shè)備溫度運行情況。

參考文獻(xiàn)

[1] 李駿年.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)[M].北京：中國電力出版社，1993.

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