一起10千伏避雷器爆炸事故引發(fā)的技術(shù)思考

摘要： 針對一起主變10千伏側(cè)開關(guān)柜內(nèi)避雷器爆炸引起的10千伏側(cè)后備保護(hù)、110千伏側(cè)后備保護(hù)動作的事例，通過對主變10千伏側(cè)開關(guān)柜內(nèi)避雷器安裝位置的分析，找出了主變110千伏后備保護(hù)動作的原因，并針對此次分析過程中發(fā)現(xiàn)的一些問題進(jìn)行了詳細(xì)的論證，同時提出了主變保護(hù)定值設(shè)置的新思路、新方法。

關(guān)鍵詞： 避雷器；主變保護(hù)；安裝位置；短路分析

中圖分類號： TM862 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1 事故經(jīng)過

1.1 事故前電網(wǎng)運(yùn)行方式

某變電站110千伏母線、35千伏母線、10千伏母線均為單母線接線方式，110千伏線路甲1113、1號主變1101在110千伏I母運(yùn)行；1號主變3501在熱備用狀態(tài)；10千伏五條出線、1號所用變1006、1號電容器10R1在10千伏 I母運(yùn)行；跳閘前1號主變負(fù)荷為4.7MW（主變?nèi)萘繛?0MW）。

1.2 保護(hù)動作情況

某日，某變電站1號主變10千伏側(cè)后備保護(hù)裝置復(fù)壓過流II段保護(hù)動作，1號主變1001斷路器跳閘。889毫秒后1號主變110千伏側(cè)后備保護(hù)裝置復(fù)壓過流II段保護(hù)動作，1號主變1101斷路器跳閘。

2 事故分析

2.1 事故后運(yùn)行人員現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)1號主變10千伏側(cè)開關(guān)柜內(nèi)避雷器爆炸，經(jīng)現(xiàn)場檢查主變裝置定值與定值單相符。定值單中要求：10千伏側(cè)后備保護(hù)0.7秒跳本側(cè)斷路器，110千伏側(cè)后備保護(hù)1.6秒跳三側(cè)斷路器，因主變35千伏側(cè)在熱備用狀態(tài)，故此次110千伏側(cè)后備保護(hù)僅跳開110千伏側(cè)斷路器。故障時保護(hù)裝置的動作行為與設(shè)置的相同，保護(hù)裝置的動作行為正確。

2.2 在主變10千伏側(cè)后備保護(hù)動作跳開后，為何主變110千伏側(cè)后備保護(hù)還能采到故障電流而使保護(hù)動作跳閘？解答這個問題需先弄清楚故障點(diǎn)的位置，如圖1所示，發(fā)生爆炸的避雷器安裝在主變10千伏側(cè)電流互感器與斷路器之間，用來保護(hù)斷路器的斷口免受瞬時過電壓危害。故障錄波圖顯示，10千伏系統(tǒng)在20點(diǎn)13分至20點(diǎn)31分出現(xiàn)了間歇性的三相諧振過電壓，電壓最高A相166V，電壓B相87.9V， 電壓C相171.7V。系統(tǒng)諧振過電壓使避雷器絕緣擊穿，發(fā)生相間弧光短路而避雷器三相爆炸。短路時主變有源側(cè)（110千伏側(cè)）向故障點(diǎn)提供短路電流，故障點(diǎn)不在差動保護(hù)范圍內(nèi)，主變110千伏側(cè)、10千伏側(cè)保護(hù)用電流互感器同時流過故障電流，對主變差動保護(hù)來說為穿越性電流，故主變差動保護(hù)不動作。且因10千伏側(cè)后備保護(hù)時間0.7秒比110千伏側(cè)后備保護(hù)時間1.6秒短，故10千伏側(cè)后備保護(hù)先動作跳開1001斷路器。1001斷路器斷開后，仍由主變有源側(cè)（110千伏側(cè)）向故障點(diǎn)提供短路電流，直至899毫秒后110千伏側(cè)后備保護(hù)動作跳開高壓側(cè)斷路器，故障才被切除。

2.3 主變差動保護(hù)的作用是防御變壓器內(nèi)部（本體和引出線）的多相短路，大接地系統(tǒng)單相接地短路以及繞組匝間短路。避雷器在不在主變差動保護(hù)的范圍內(nèi)，如圖1、2所示與避雷器的安裝位置有較大的關(guān)系。《國家電網(wǎng)公司十八項(xiàng)重大電網(wǎng)反事故措施（修訂版）》9.1.5條中規(guī)定：為防止出口及近區(qū)短路，變壓器35千伏及以下低壓母線應(yīng)考慮絕緣化，10千伏的線路、變電站的出口2公里內(nèi)應(yīng)考慮絕緣導(dǎo)線。10千伏開關(guān)柜內(nèi)避雷器故障，明顯屬于變壓器的近區(qū)短路故障，故障時間的長短將對變壓器的繞組等造成不同程度的損害。因此，在變壓器的近端發(fā)生故障時，快速的切除故障對防止變壓器損害有著重要的意義。

2.4 在低壓母線未配置母線保護(hù)時，將主變10千伏側(cè)開關(guān)柜內(nèi)的電流互感器與避雷器的安裝位置對換，如圖2所示，當(dāng)避雷器發(fā)生故障時，主變10千伏側(cè)保護(hù)電流互感器未流過故障電流，僅110千伏側(cè)保護(hù)電流互感器流過故障電流，故障點(diǎn)在主變差動保護(hù)范圍內(nèi)，比率差動保護(hù)動作，將保證在100ms內(nèi)切除故障，極大的縮短故障時間。

3 故障分析結(jié)果

通過對保護(hù)用避雷器的安裝位置的分析，本文認(rèn)為，在制造工藝允許的情況下，將避雷器安裝在圖2的位置較合適，避雷器不但能起到保護(hù)斷路器的斷口免受瞬時過電壓的作用，在自身故障時還能通過主變差動保護(hù)快速的切除故障，減少對主變壓器的影響。

4 防范措施

4.1 《國家電網(wǎng)公司十八項(xiàng)重大電網(wǎng)反事故措施（修訂版）》中14.5.1條規(guī)定：在中性點(diǎn)不接地的6～35千伏系統(tǒng)，應(yīng)根據(jù)電網(wǎng)發(fā)展每3～5年進(jìn)行一次電容電流測試。當(dāng)單相接地故障電容電流超過《交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合》（DL/T620-1997）規(guī)定時，應(yīng)及時地裝設(shè)消弧線圈，單相接地電流雖未達(dá)到規(guī)定值，也可根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)裝設(shè)消弧線圈，消弧線圈的容量應(yīng)能滿足過補(bǔ)償?shù)倪\(yùn)行要求。應(yīng)在該變電站加裝過補(bǔ)償?shù)南【€圈從而減少設(shè)備諧振過電壓的幾率。

4.2 在制造工藝允許的情況下，將避雷器安裝在圖2的位置較合適，新建變電站設(shè)備主變10千伏側(cè)開關(guān)柜內(nèi)的設(shè)備應(yīng)按圖2位置安裝，實(shí)現(xiàn)其一直處于差動保護(hù)范圍的狀態(tài)。

4.3 在避雷器安裝位置未改變前，三圈變單主變單母線運(yùn)行方式可采取主變10千伏側(cè)后備保護(hù)過流1時限0.7秒跳本側(cè)，過流2時限1.0秒跳主變?nèi)齻?cè)（主變高壓側(cè)后備保護(hù)1.6秒跳三側(cè)）；雙主變單母分段方式可采取主變10千伏側(cè)后備保護(hù)過流1時限0.7秒跳分段，過流2時限1.0秒跳本側(cè)，過流3時限1.3秒跳主變?nèi)齻?cè)（主變高壓側(cè)后備保護(hù)1.9秒跳三側(cè)）。此種保護(hù)設(shè)置可以比主變高壓側(cè)后備保護(hù)動作切除故障時縮短0.6秒，一定程度上縮短了變壓器承受短路電流的時間。

4.4在避雷器安裝位置未改變前，也可以考慮在該站10千伏開關(guān)柜內(nèi)加裝弧光保護(hù)來解決。該保護(hù)采用檢測弧光和過流雙判據(jù)原理，由于電弧光能在短路故障發(fā)生后1ms內(nèi)很快產(chǎn)生，而在非故障狀態(tài)下母線處不可能產(chǎn)生電弧，因而弧光保護(hù)具有原理簡單、動作可靠、速度快等優(yōu)點(diǎn)。在35千伏及以下電壓等級的母線由于不涉及穩(wěn)定問題，一般都未裝設(shè)母線保護(hù)。但中低壓母線上的各種出線多，操作也相對頻繁，三相導(dǎo)體線間距離與大地的距離較近，容易受外界導(dǎo)體的危害，并出現(xiàn)設(shè)備絕緣老化和機(jī)械磨損，運(yùn)行條件惡劣，人為和操作錯誤等問題，而快速母線保護(hù)的出現(xiàn)正好解決了這個難題。由于中低壓母線故障一般發(fā)生在開關(guān)柜內(nèi)，可以通過在開關(guān)柜內(nèi)裝設(shè)弧光探頭的方式迅速找到并切除故障。含斷路器動作時間整個跳閘過程不超過100ms，同時由于采用了弧光和過流雙判據(jù)減少了誤跳的產(chǎn)生，從而極大的提高了中低壓母線運(yùn)行的安全性和可靠性。

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