一起220kv主變雷擊跳閘事故的分析

一起220kv主變雷擊跳閘事故的分析

1號主變本體可能發(fā)生放電故障2008年7月20日21點(diǎn)。8月，東莞某站220kv2號主變雷擊制動門時，經(jīng)現(xiàn)場分析和判斷，2號主變主體內(nèi)部可能存在放電故障。在現(xiàn)場的吊罩檢查中發(fā)現(xiàn)2號主變低壓繞組至高壓電抗器的連接裸露銅管發(fā)生三相嚴(yán)重的放電。因此筆者就本次主變雷擊損壞的事故進(jìn)行綜合分析,并提出相關(guān)的改進(jìn)措施,確保主變的安全可靠運(yùn)行。2線路調(diào)查和主要參數(shù)2號主變高壓中性點(diǎn)、中壓中性點(diǎn)接地運(yùn)行。2號主變聯(lián)結(jié)組別為YNyn0d11;內(nèi)置電抗器和低壓繞組串聯(lián);短路電流和額定電流(均為線電流)分別為:低壓79210A/4399A、中壓14320A/1205A、高壓6110A/715.7A。2008年7月20日21時51分36秒,該站110kV同桿架設(shè)的兩條110kV線路遭雷擊,距離Ⅰ段、零序過流Ⅰ段動作,A相跳閘,測距2.3km,2s后重合閘成功。同時,21時51分38秒,2號主變差動保護(hù)(主Ⅰ:比率差動、工頻變化量差動、差動速斷動作;主Ⅱ:比率差動動作)和非電量保護(hù)(輕瓦斯、重瓦斯、壓力釋放)動作,跳開2202、102、502甲、502乙開關(guān)?，F(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)2號主變壓力釋放閥噴油,氣體繼電器內(nèi)有250mL氣體,從保護(hù)動作及現(xiàn)場檢查情況可以初步判斷,該主變可能發(fā)生嚴(yán)重的內(nèi)部故障。3錯誤初步分析3.1色譜檢驗(yàn)結(jié)果在故障發(fā)生后,對2號主變本體絕緣油中氣體分析數(shù)據(jù)與6月17日正常運(yùn)行的本體絕緣油氣體分析數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,發(fā)現(xiàn)故障后油色譜檢驗(yàn)結(jié)果最高值為H2(1177.6μL/L)、總烴(1262μL/L)及C2H2(649.4μL/L),超注意值。CO和CO2含量對比6月17日試驗(yàn)數(shù)據(jù)并無增長,其上部油樣氣體組分含量較下部油樣氣體組分含量高。具體數(shù)據(jù)如表1所示。通過表1數(shù)據(jù)分析,可判斷故障涉及固體絕緣的可能性較小,發(fā)生在變壓器內(nèi)部裸金屬火花放電性故障的可能性較高。3.2變壓器內(nèi)部故障該站2號主變兩套差動保護(hù)裝置同時跳閘,從主變微機(jī)保護(hù)裝置中內(nèi)部錄取的波形進(jìn)行分析(以下以第一套保護(hù)裝置錄波進(jìn)行數(shù)據(jù)分析)。2號主變?nèi)嗖铍娏鞑ㄐ?如圖1所示(橫坐標(biāo)表示采樣故障時間點(diǎn)數(shù),縱坐標(biāo)表示差流I是主變額定電流Ie的倍數(shù))。根據(jù)坐標(biāo)可見,A相最大差流7.9Ie(135ms);B相最大差流8.2Ie(120ms);C相最大差流8.3Ie(130ms)。從該站故障錄波系統(tǒng)中調(diào)出故障期間2號主變的電壓、電流錄波圖,并對2號主變高壓、低壓Ⅲ側(cè)電流(低壓側(cè)采用雙分支的主接線方式)、電壓變化情況進(jìn)行了分析,如圖2、圖3所示(圖2高壓側(cè)CT變比為800/1,圖3中壓側(cè)CT變比為1200/1)。由錄波圖測量故障電流及各相差流分析可知,高壓側(cè)最大故障電流為4.23×800=3383A(A相)。從圖2和圖3中可以看出,高壓側(cè)的最大短路電流峰值為4.8×800=3840A。從高壓側(cè)電流分析,在采樣點(diǎn)第46ms出現(xiàn)了明顯的增大,差電流出現(xiàn)在采樣點(diǎn)第56ms,這說明開始發(fā)生區(qū)外故障。在8ms之后差電流出現(xiàn),分析高壓側(cè)及中壓側(cè)的電流波形沒有發(fā)生明顯的飽和現(xiàn)象,差電流本身畸變并不嚴(yán)重,并呈現(xiàn)不斷增大的趨勢,說明該差電流是由變壓器內(nèi)部故障引起的。與此同時,主變低壓側(cè)(無電流側(cè))出現(xiàn)了電壓基本消失的情況,說明低壓側(cè)出現(xiàn)了故障,導(dǎo)致低壓側(cè)三角形環(huán)出現(xiàn)了不平衡現(xiàn)象,在低壓側(cè)三角形環(huán)內(nèi)形成了很大零序環(huán)流的故障電流,這樣就使中壓側(cè)的短路電流三相基本同相。3.3試驗(yàn)結(jié)果合格2008年7月21日,對2號主變和三側(cè)避雷器進(jìn)行了高壓試驗(yàn)。主變絕緣電阻、主變介損、套管介損、直流電阻及繞組變形等項(xiàng)目的試驗(yàn)結(jié)果合格,與上次預(yù)試驗(yàn)結(jié)果相比無明顯變化。避雷器在線檢測儀正常,變壓器三側(cè)避雷器1mA直流電壓及0.75U1mA下的泄漏電流正常。因此,變壓器主絕緣和繞組等基本正常,繞組無短路和變形。根據(jù)變壓器的結(jié)構(gòu),高壓、中壓繞組發(fā)生三相短路故障的可能性不大,變壓器低壓側(cè)的薄弱點(diǎn)為串聯(lián)電抗器的引線。4變壓器低壓側(cè)c相手孔結(jié)構(gòu)2008年7月22日,對故障主變吊罩檢查發(fā)現(xiàn)的情況如下:(1)10kV變壓器低壓側(cè)A相電抗器至C相電抗器方向,從B相電抗器開始引線木夾件有開裂斷開現(xiàn)象,C相電抗器拐彎處到低壓套管出線之間的引線(靠近變壓器低壓側(cè)C相手孔位置)有多處明顯短路放電燒焦痕跡,其中有一個夾件螺絲屏蔽罩上有放電痕跡,其拐彎處的木夾件全部斷裂且電抗器引線有部分已嚴(yán)重變形,有一相電抗器避雷器的引線被燒斷。(2)電抗器位置分布有微小的銅珠,油箱底部有跌落的木夾件塊、皺紋紙和螺絲等雜物,變壓器器身上分布有散落的皺紋紙。(3)三相高、中、低壓繞組沒有發(fā)現(xiàn)明顯的變形和絕緣擊穿。從上述吊罩檢查的結(jié)果與初步分析的變壓器上部串聯(lián)電抗器裸金屬絕緣擊穿放電的初步判斷相吻合。5中性點(diǎn)沖擊壓降基于對主變的試驗(yàn)和吊罩檢查結(jié)果,對故障分析如下:導(dǎo)致該變壓器內(nèi)部故障的直接原因是由于雷擊110kV線路。在110kV線路中引入雷電波,它沿線路入侵經(jīng)變壓器前的避雷器,但沒有達(dá)到避雷器的動作電壓,雷電壓在進(jìn)入變壓器前因振蕩而升高,在雷電流進(jìn)入變壓器中性點(diǎn)接地點(diǎn)時,在接地電阻上產(chǎn)生很大的沖擊壓降。并通過中性點(diǎn)大部分施加在低壓和高壓繞組上(主變繞組布置位置:鐵心-低壓繞組-中壓繞組-高壓繞組-調(diào)壓繞組)。雷電沖擊電壓分配在中壓繞組和接地電阻上,在中壓側(cè)A相入侵的8456A雷電電流通過電磁感應(yīng)在高壓繞組上產(chǎn)生的高壓,其大小與進(jìn)波的電壓幅值和變壓器變比成正比關(guān)系,與接地電阻的大小成反比。由于雷電沖擊電流比較大,突變釋放能量的時間短,在低壓繞組感應(yīng)較大的雷電沖擊電流,由于該主變內(nèi)置電抗器和低壓繞組串聯(lián),阻礙低壓繞組內(nèi)流過雷電流突變。在低壓串聯(lián)電抗器的端部感應(yīng)電壓ε=n·s·dB/dt,其中n為電抗器繞組匝數(shù),s為繞組面積。同時低壓繞組的雷電流產(chǎn)生的零序磁通將匝鏈于高壓繞組,在繞組上將產(chǎn)生很高的感應(yīng)電勢,導(dǎo)致內(nèi)置電抗器至低壓繞組引線擊穿。雷電沖擊電流通過電磁感應(yīng)產(chǎn)生傳遞過電壓,在低壓側(cè)a相和b相方向傳播,如圖4所示。6組嚴(yán)格限定變壓器使用并注意最大組接合點(diǎn)的劃分此次變壓器損壞發(fā)生在重合閘之前,由于雷電波入侵到電抗器K1和K2位置時發(fā)生全反射,如果內(nèi)置電抗器至低壓繞組引線之間距離不夠時會造成擊穿短路;若內(nèi)置電抗器至低壓繞組引線夾持強(qiáng)度不夠,那么在低壓線路短路累積效應(yīng)會造成引線松動,間距減小,電壓升高,同樣可以致使主變內(nèi)部出現(xiàn)短路故障。為防止類似故障發(fā)生應(yīng)采取如下措施:(1)對于故障類型的變壓器,內(nèi)部裸露的導(dǎo)體都應(yīng)