“11.10”220kV 3#主變差動保護動作全站失電事故研究

付歆釗

（云南天安化工有限公司，云南 昆明 650309）

1 事故單位基本情況

1.1 220kV 總降壓站概況

云南天安化工有限公司220kV 總降壓站為云天化草鋪工業(yè)園區(qū)供電，該站按二級負荷設(shè)計，于1995年12月竣工投運。設(shè)備型號：SFPSZ9-150000/220（GY），容量為2×15 萬KVA主變2 臺，站內(nèi)含220kV、110kV、35kV、33.3kV、6kV 等電壓等級，目前供電最大需量約9 萬kW，平均負荷6.8 萬kW。

1.2 供電運行方式基本情況

兩回220kV 線路分列運行實現(xiàn)雙回路供電，母聯(lián)備用電源自投裝置（BZT）處于投入位。站內(nèi)目前運行方式為一臺主變運行、一臺主變熱備用。當(dāng)運行變壓器故障時，需手動恢復(fù)熱備變壓器，正常情況下，需要10 ～20min 恢復(fù)供電。

1.3 3#主變今年運行情況

2019年6月完成最近一次預(yù)防性試驗，試驗結(jié)論為合格，2020年1月～5月，3#主變處于備用狀態(tài)。2020年5月對變壓器本體油分析，試驗結(jié)論為合格。試驗周期均按中國南方電網(wǎng)責(zé)任公司Q/CSG114002-2011《電氣設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程》進行。2020年5月3#主變按《石油化工設(shè)備維護檢修規(guī)程第六冊電氣設(shè)備》規(guī)程開展小修、絕緣測試合格，并投運至事故發(fā)生之日。期間每班按時巡檢，記錄運行參數(shù)，主變及附屬設(shè)備均正常運行，未發(fā)異常情況。

2 事故經(jīng)過及事故應(yīng)急處置情況

事 故 經(jīng) 過：2020年11月10 日17：01，220kV3#主 變差動保護動作，四側(cè)開關(guān)跳閘，全站失電。3#主變主保護比率差動保護動作，差動保護動作值( 二次值)：A 相：5.267A，B 相：7.458A，C 相：5.199A，聯(lián)跳3#主變四側(cè)斷路器。（定值按昆明供電局電力調(diào)度中心2010年3月11 日下發(fā)通知單整定：最小動作電流值：1.64A，最小制動電流2.952A,比率制動系數(shù)0.5）。確認3#主變開關(guān)故障四側(cè)開關(guān)跳閘后，立即對處于熱備用狀態(tài)的1#主變進行投運，17：21 分1#主變由熱備轉(zhuǎn)為運行，恢復(fù)220kV 變電站供電，各生產(chǎn)裝置陸續(xù)組織恢復(fù)生產(chǎn)。

3 事故原因及性質(zhì)

3.1 事故原因分析

直接原因：3#電抗器分支3-Ⅱ段母排三相弧光短路造成主變差動保護動作。

主要原因：3#電抗器B 相繞組絕緣下降、直阻超標(biāo)。B相電抗器因?qū)娱g絕緣損壞，形成層間回路短接，導(dǎo)致該臂自感瞬時大幅變化，在互感的作用下形成疊加，導(dǎo)致該臂阻抗瞬時發(fā)生較大變化，故在該臂線圈及出線母排上形成較高的過電壓，導(dǎo)致B 相母線對A、C 相母線放電擊穿，形成三相弧光短路，主變差動保護可靠動作切除故障點。電抗器為25年前安裝投產(chǎn)設(shè)備，現(xiàn)場缺乏有效的監(jiān)控及預(yù)警系統(tǒng)，設(shè)備發(fā)生故障時無提前預(yù)判預(yù)警功能。

3.2 事故現(xiàn)場調(diào)查

220kV 總降供電系統(tǒng)恢復(fù)后（由1#主變帶所有負荷），裝備管理中心立即組織對3#主變相關(guān)設(shè)備進行檢查，發(fā)現(xiàn)明顯故障特征的有3 個地方：（1）3#主變6kV 側(cè)出線電抗器II 段母線有弧光短路的痕跡；（2）6kV 側(cè)出線電抗器B 相有發(fā)熱痕跡；（3）母排A 相三處瓷瓶損壞。

3.3 專業(yè)檢測

在檢查同時，聯(lián)系有相關(guān)資質(zhì)的單位開展相關(guān)試驗，于11月11 ～12 日對3#主變及所屬相關(guān)一、二次設(shè)備進行試驗檢查。具體情況如下：（1）3#主變220kV 側(cè)、110kV 側(cè)、6kV 側(cè)斷路器線圈直流電阻及絕緣電阻測量、分合閘線動作電壓、分合閘時間及同期、導(dǎo)電回路電阻測量，CT 絕緣、直阻及勵磁特性進行試驗。（2）3#主變繞組連同套管直流電阻、繞組變形、絕緣（吸收比）測試、本體油分析、繞組連同套管介損、各側(cè)套和絕緣、介損及電容量測試。（3）3#電抗器直流電阻、耐壓、絕緣電阻測試。（4）3#主變保護全檢。

如表1 經(jīng)過試驗數(shù)據(jù)分析：3#主變、3#主變四側(cè)開關(guān)、3#主變保護裝置試驗數(shù)據(jù)顯示上述設(shè)備完好。3#電抗器B 相直阻超標(biāo)，不符合投運條件。

表1

3.4 技術(shù)分析

三相母排弧光短路原因分析如下：3#主變6kV 側(cè)限流電抗器為分裂電抗器（見圖1、圖2），電抗器正常運行時，由于兩分支里電流方向相反，電抗器的兩臂自感可通過互感進行抵消，使兩分支的電抗減小，分裂電抗器每個分段的電抗相當(dāng)于普通電抗器電抗的1/4，因而電壓損失減小，使負荷電流造成的電壓損失較普通電抗器小。當(dāng)一分支出線發(fā)生短路時，該分支流過短路電流，分裂電抗器每個分段電抗較正常運行值增大四倍，故限制短路的作用比正常運行值大，使母線的殘余電壓較高。當(dāng)兩個分支負荷偏差較大，將引起兩分段電壓偏差增大，使分段電壓波動較大，造成用戶電動機工作不穩(wěn)定，甚至分段出現(xiàn)過電壓。

圖1 正常運行狀態(tài)下的分裂電抗器

圖2 正常運行時的偏移

2010年，該電抗器B 相II 段出線發(fā)生短路造成繞組損壞，后經(jīng)修復(fù)后運行，此次發(fā)現(xiàn)該修復(fù)部位絕緣層有明顯老化、發(fā)黑的跡象，可斷定該部位絕緣嚴重下降。2021年5月投運前正常檢視，未發(fā)現(xiàn)異常。根據(jù)運行記錄可知，事故發(fā)生前該電抗器I 段出線運行電流2100A 左右，II 段出線運行電流1200A 左右，功率因數(shù)0.87，兩臂運行存在較大不平衡，正常運行時不影響系統(tǒng)運行。根據(jù)計算公式可知，兩臂的運行電壓偏移量，與兩臂運行電流、電流無功分量（通過功率因數(shù)體現(xiàn)）、電抗器短路阻抗及電感量（自感及互感）相關(guān)。事故發(fā)生時，B 相電抗器因?qū)娱g絕緣損壞，在6kV 電壓的作用下，形成層間回路短接，導(dǎo)致該臂自感瞬時大幅變化，而另一臂形成的互感，與該側(cè)變化的自感方向一致，形成疊加，導(dǎo)致該臂阻抗瞬時發(fā)生較大變化，故在該臂線圈及出線母排上形成較高的過電壓，導(dǎo)致B 相母線對A、C 相母線放電擊穿，形成三相弧光短路，主變差動保護可靠動作切除故障點。