線路斷線引起220kV變電站主變壓器故障分析及處理措施

國網(wǎng)天津市電力公司 郭 浩 劉廣振 國網(wǎng)天津電力黨校 彭 詞 韓 強 王建虎

現(xiàn)階段，隨著人們?nèi)粘Ｉ钜约捌髽I(yè)運轉(zhuǎn)的用電需求量逐步增加，變電站的工作量逐漸增多，這就需要變電站的變電設(shè)備時刻保持穩(wěn)定運作。根據(jù)目前變電站運行維護的實際情況可以知道，在變電站的運維工作中，往往存在較多安全隱患和影響因素，嚴重影響了變電站的安全可靠運行[1]。本文主要通過對線路斷線引起變電站主變壓器故障現(xiàn)象進行分析，并提出了相應(yīng)的處理措施。

1 線路斷線引起220kV變電站主變壓器故障分析

1.1 故障過程

故障發(fā)生時。某220kV變電站中有三臺主變壓器，容量為90MVA。二號主變壓器三側(cè)斷路器202、152、952切斷；三號主變斷路器203、153斷開（斷路器953處于斷開情況），母線耦合裝置斷路器910自動開啟，裝置成功啟動，二號站變壓器斷路器962關(guān)閉，后臺監(jiān)測機、集控機和通信管理機全部斷電。母線耦合裝置斷路器212和一號主變壓器斷路器201先后切斷。之后分別合上了母聯(lián)斷路器212和斷路器201，一號主變壓器恢復(fù)正常工作。一主變壓器三側(cè)斷路器全部斷開。最后，三臺主要電力變壓器的所有線路全部切斷，二條聯(lián)絡(luò)線切斷，發(fā)電廠的二臺并網(wǎng)機全部切斷。

故障發(fā)生后。線路斷線后，變壓器設(shè)備系統(tǒng)中的三個主變壓器都正在工作中。一號和二號主變壓器在220kW、110kW、10kW三側(cè)工作，而三號主變壓器則在220kW和110kW的兩端工作。220kW和110kW母線連接均采取雙母線接線類型，而10kW母線連接則采取單母線分段接線類型。一號主變壓器220kW側(cè)斷路器接I段母線連接，110kW側(cè)斷路器接I段母線連接，二、三號主變壓器220kW側(cè)斷路器接II段母線連接，110kW側(cè)斷路器接II段母線連接。220kV變電站的母線在變電站正常運行過程中起到了至關(guān)重要的作用，因此變電站母線一旦發(fā)生故障，將會導(dǎo)致變電站無法正常運行，并且變電站母線極其容易受到環(huán)境因素的影響而出現(xiàn)損壞，導(dǎo)致母線出現(xiàn)損壞的主要原因是電路運行損耗、線路擠壓碰撞、電壓波動以及點變設(shè)備安裝錯誤。

一主變壓器的10kW側(cè)隔離連接至一段母線（母聯(lián)斷路器910處于斷開位置），二號主變壓器的10kW側(cè)隔離連接至二段母線，三號主變10kW側(cè)隔離連接至三段母線（通過母線聯(lián)絡(luò)斷路器920），三個變壓器串聯(lián)工作。110kW側(cè)的一回路和二次電路都是變壓器設(shè)備與發(fā)電廠之間的接頭。

故障修復(fù)過程。線路斷線前，983電壓互感器已因故障而停用，由二次電纜臨時鋪設(shè)。而10kW第三段母線的電流則來源于電壓互感器982。在將二號和三號主變壓器之間的線路切斷后，由現(xiàn)場操作員封閉電壓互感器981和982之間的二次接觸電源斷路器。考慮到當(dāng)時一號主變壓器已嚴重超載，線路隨時都可以切斷，因此運營商立即對二號主變壓器進行了試運。在封閉斷路器152后，主變壓器產(chǎn)生了異常響聲，并迅速斷開斷路器152和202。

二號主變壓器檢測時，一號主變斷路器201、母聯(lián)斷路器212全部斷開，經(jīng)操作人員檢查確定為當(dāng)時錯跳；合上母紉連接斷路器212和斷路器201，一號主變壓器恢復(fù)正常工作。一主變壓器第三側(cè)斷路器全部斷開。在操作員再次檢測時，又發(fā)生了電壓互感器981二次側(cè)的w相保險絲熔斷。然后工作人員完全隔離了故障電壓互感器982，并更換了電壓互感器981的w相保險絲，電壓互感器981恢復(fù)正常。檢測其他裝置，無異常后恢復(fù)一號主變電能。檢測變壓器為三號主變壓器，無異常后，三號主變壓器已恢復(fù)正常工作。在檢測二號主變壓器保護裝置時，出現(xiàn)有重瓦斯保護動作信號，二號主變壓器已由熱備轉(zhuǎn)入正常檢修狀態(tài)。目前，事故處置工作已圓滿完成，現(xiàn)場設(shè)備已恢復(fù)正常運營。

1.2 故障分析

1.2.1 一次設(shè)備

該變電站從20世紀(jì)開始運營，其中一些設(shè)施都已快達到了使用壽命極限，部分裝置的性能低下，修復(fù)過程也不簡單。事故中的電壓互感器982是一種常見的室內(nèi)單相電壓互感器。已投入使用十多年。其絕緣、鐵心疊片和繞組工藝都無法達到大負載要求，并且比熱值也較高，而且基本上是絕緣的，并一直保持在高熱狀態(tài)。同時，因為二次側(cè)負載較大，一次、二次電流差較大，且二次側(cè)負載的額定電流之和均大于最大額定值，造成電壓互感器內(nèi)繞組發(fā)熱值的增大，特別是當(dāng)電壓差超過最大額定電流（10kV）時，電壓互感器內(nèi)發(fā)熱值更加劇烈。由于變電站使用的中性點并非有效接地系統(tǒng)，因此工作中的一次側(cè)電流差容易產(chǎn)生三相供電不均勻現(xiàn)象。當(dāng)單相電壓較高時，相電壓互感器易產(chǎn)生熱膨脹和炸掉，導(dǎo)致保險絲熔斷。

1.2.2 保護裝置配置

主變壓器保護配置了不同型號、不同保護原理的雙套保護裝置，如圖1所示，均符合《國家電網(wǎng)公司十八項電網(wǎng)重大反事故措施》要求[2]。

1.2.3 保護裝置動作情況

二號主變壓器。故障發(fā)生時，第1套保護裝置動作，動作類型為中壓側(cè)復(fù)合電壓閉鎖過流Ⅰ段三時限，動作值4.47A（保護定值2A），保護延時3900ms。

三號主變壓器。故障發(fā)生時，3號主變壓器第1套保護裝置動作，動作類型為中壓側(cè)復(fù)合電壓閉鎖過流Ⅱ段一時限，動作值2.63A（保護定值2.6A），保護延時3900ms。

一號主變壓器。第1次動作：10：19，1號主變壓器第1套保護裝置動作跳閘，動作類型為高壓側(cè)復(fù)合電壓過流Ⅰ段一時限，動作值3.859A（保護定值2 A），保護延時3300ms。第2次動作：10：32，第2套保護裝置動作，跳開1號主變壓器側(cè)斷路器。動作類型為中壓側(cè)復(fù)合電壓閉鎖過流Ⅰ段三時限，動作值為2.18A（保護定值為2A），保護延時為3900ms。

1.2.4 邏輯分析

結(jié)合有關(guān)數(shù)據(jù)，剖析了一號主變綜合電流封閉器件開路的成因，原因主要在于綜合電流的勵磁整定原則的三面（只要高、中、低溫中的某一邊開路，則復(fù)合電壓閉鎖元件開路）。

1.2.5 事故原因分析

二號和三號主變壓器電路切斷后，一號主變壓器仍正常工作。但此時的一號主變壓器負載為160MW，已經(jīng)嚴重過載（額定容量90MW)。二號主變壓器試運時，因10kW電壓互感器設(shè)置在一樓高壓區(qū)，且電壓互感器的并聯(lián)裝置布置在三層保護區(qū)，因此樓上的作業(yè)人員同時關(guān)閉了電壓互感器981與電壓互感器982的二次接觸斷路器，在二號主變壓器試運中，因為上下作業(yè)人員交流電流協(xié)調(diào)不順暢，造成樓下的作業(yè)人員沒有及時將故障電壓互感器與982完全分離，而造成電壓互感器981 w的電磁閥在正常工作中熔斷。也因為一號主變壓器的保護裝置上設(shè)置了復(fù)合電流，因此取主變壓器三側(cè)的電流。當(dāng)電壓互感器的一側(cè)切斷后，復(fù)合電流閉鎖元件也將啟動[3]。

最后，一號主變csc-326d型保護裝置作為高壓側(cè)復(fù)合電壓閉合方向上的過流保護I段（指向母線），并依次跳閘至母紉耦合器斷路器212和一號主變剩余電流斷路器201，并與電廠斷開。在沒有經(jīng)過仔細檢查設(shè)備的狀態(tài)下，運行管理人員就急于回復(fù)了一號主變壓器的正常工作。而此時，電壓互感器為981的二次系統(tǒng)仍然保持著斷開狀態(tài)。而一號主變壓器則與整個變電所的110kW和10kW負載相連接。負載修復(fù)工作過程中，當(dāng)總負載達40.8MW時，一號主變中壓側(cè)防護設(shè)備的復(fù)合壓力閉鎖過流保險動作，三側(cè)斷路器全部斷開。此時，操作員重新檢測，并發(fā)現(xiàn)電壓互感器981一次側(cè)的w相保險絲熔斷。最后，故障電壓互感器982被徹底隔離。

本事故反映出目前一些變電站都普遍存在的問題：一是沒有事先制訂相關(guān)故障應(yīng)對計劃，當(dāng)故障發(fā)生時不能有序地解決。二是操作人員巡檢流于形式并且專業(yè)性水平不夠高，不能及時感知到后臺警告信息，不能在故障剛剛發(fā)生時就及時將其解決甚至沒有發(fā)現(xiàn)故障的發(fā)生。三是電力設(shè)備管理不到位，不能及時發(fā)現(xiàn)并更換出現(xiàn)故障的設(shè)備，從而造成故障擴大化。四是電路保護裝置不夠完美。隨著目前電力需求量急劇升高，變電站所需要的電路保護裝置與以往相比，對其性能和質(zhì)量都有了更高的要求，使用目前使用的傳統(tǒng)的電路保護裝置不僅增加了電網(wǎng)運行的風(fēng)險。同時導(dǎo)致設(shè)備運行中出現(xiàn)的問題越來越多，嚴重影響了變電站的正常運行。

2 線路斷線引起220kV變電站主變壓器故障處理措施

2.1 變壓器升級改進

一是將自粘換位半硬銅導(dǎo)體應(yīng)用到變壓器的平衡繞組中，可以將其中的導(dǎo)線的屈服程度提高至原先的4倍甚至更多，同時低壓繞組中的導(dǎo)線的屈服強度也能提升到原先的兩倍甚至更多。這樣的改造方式有效地提高了變壓器平衡繞組抗短路電流沖擊的能力。二是在變壓器原有的基礎(chǔ)上增加支架的數(shù)量，這樣不僅可以提升繞組支撐性，還能大大防御線路斷線時產(chǎn)生的大量電流對變壓器的沖擊力。三是在繞組的換位處墊墊塊并對其進行綁扎，以防其在電流的沖擊下松動、斷裂和報廢。四是預(yù)加載線圈時，調(diào)整線圈的安匝平衡，以確保繞組在受到線路斷線時釋放的大量電流沖擊時線圈的軸向力減小，從而實現(xiàn)對變壓器的損害降到最低。

2.2 及時確定故障點

當(dāng)線路斷線發(fā)生時，必須先把故障點找出來。以下三種方法可以找出并確定故障點：一是替換法。即在主變壓器上更換正常運行的設(shè)備，如線路斷線的問題仍然存在，則表示此處更換前的設(shè)備是處于正常運行的，沒有發(fā)生線路斷線。再依次更換掉接下來的設(shè)備，重復(fù)替換，直至找出故障點所在的設(shè)備。二是比較法。將所有正在運行狀態(tài)的設(shè)備的實時設(shè)備數(shù)據(jù)與之前發(fā)生故障時的設(shè)備數(shù)據(jù)進行比較，擁有與故障時設(shè)備數(shù)據(jù)更相近的實時數(shù)據(jù)的設(shè)備即存在故障點。三是將電路依次進行拆除，就可以找出故障點存在于哪段電路之中，從而實現(xiàn)對故障點的故障排除。在線路斷線時，必須把故障點這一關(guān)鍵修復(fù)依據(jù)尋找出來，便于相關(guān)工作人員及時進行修復(fù)，避免故障影響范圍擴大，造成更嚴重的事故、更大的經(jīng)濟損失。

2.3 電路保護裝置升級

在電路系統(tǒng)中的電路保護裝置也亟須升級，解決其在日常運行中可能存在的保護不到位的問題。此外，保護裝置中相關(guān)零件運行時間超過其標(biāo)準(zhǔn)使用壽命后也會導(dǎo)致保護裝置失靈。對此，可以結(jié)合線路斷線前后的電流的變化來判斷能否啟動電壓回路的監(jiān)控功能。當(dāng)整個線路在進行充電時，近區(qū)斷層和環(huán)路斷層引起三相電壓丟失，如果這個時候附近設(shè)備出現(xiàn)線路斷線，只能對負荷進行增減來解決。其他時候電路發(fā)生線路斷線時，可以采取閉鎖保護措施。當(dāng)變電站在平穩(wěn)運行中，本應(yīng)沒有零序電壓，但保護裝置依舊能檢測到零序電壓的存在時，這就表明某個電路中出現(xiàn)了線路斷線到的情況。而且電流連接器之間每連接一次理論上就會對零序電壓的情況做一次反饋，所以電路保護裝置在原有的基礎(chǔ)上應(yīng)該增加延時報警和瞬時閉鎖功能，以確保電路平穩(wěn)運輸，變壓器正常運行。

2.4 完善電力設(shè)備管理制度

為提高變電站安全系數(shù)，減少線路斷線問題的出現(xiàn)，首先必須建立一套完善的電力設(shè)備管理制度。將每一部分設(shè)備的管理方式都歸入其中，進行更系統(tǒng)化的管理，及時監(jiān)測到問題電路的出現(xiàn)，并將其解決，防止其故障擴大化，并且可以降低安全隱患出現(xiàn)的頻率。在完善這些制度時，制定制度人員應(yīng)從工作場所的實際需求以及已有的工作經(jīng)驗出發(fā)，確保制度內(nèi)容最為恰當(dāng)，同時還要確保電力設(shè)備管理制度制定完成后的順利執(zhí)行[4]。

2.5 加強工作人員安全防護意識

作為預(yù)防事故發(fā)生及擴大化的第一道屏障，相關(guān)工作人員必須熟知事故處理措施，擁有專業(yè)化的鑒別及修復(fù)水平，才能在故障發(fā)生時及時將其修復(fù)。因此，即使在設(shè)備均穩(wěn)定運行時，也應(yīng)該對相關(guān)工作人員不定時進行實操演練，提高操作人員的故障修復(fù)能力，并通過演練，提高其專業(yè)性水平，促使他們能及時發(fā)現(xiàn)工作中的安全隱患并消滅。

3 結(jié)語

本文通過具體的故障實例提醒各電力企業(yè)在之后的工作運行中，警惕線路斷線引起變電站主變壓器故障而造成電力癱瘓，提前預(yù)防事故的發(fā)生，將減少許多不必要的成本開支，從而擁有更多的經(jīng)費完成變電站全面升級發(fā)展。同時，對相關(guān)工作人員也應(yīng)定期進行培訓(xùn)及演習(xí)，提高其安全意識及專業(yè)性水平，在故障發(fā)生時能做到及時修復(fù)，防止故障擴大，造成更嚴重的事故，增加經(jīng)濟損失。