一起電抗器起火引起變壓器差動保護故障分析

劉宗純

（萍鄉萍鋼安源鋼鐵有限公司，江西萍鄉337000）

一起電抗器起火引起變壓器差動保護故障分析

劉宗純

（萍鄉萍鋼安源鋼鐵有限公司，江西萍鄉337000）

通過對一起110 kV變電站運行中電抗器起火事故的綜合分析，找出了設備起火的原因，分析了設備在制造方面存在的缺陷，對今后的設備日常維護、試驗提出了建議。

電抗器；起火；變壓器差動保護；制造缺陷

1 引言

2010年9月16日14：15萍鋼安源分公司動力廠110 kV變電站3#主變因電抗器起火引起3#主變差動保護動作出口，分別跳開該變壓器高、低壓側開關跳閘。造成安源分公司煉鋼、機燒、原料、煉鋼泵站、回收站及新軋鋼泵站等14條10 kV全部停電，嚴重打亂公司生產秩序。3#主變型號為SFZ11-63000/110，額定容量：63000 kVA，額定電壓：（115±8×1.25%）/10.5kV，額定電流：316.3/3464.1，聯接組別：YNd11。3#主變電抗器為干式空芯電抗器，型號：XKJKL-10-4000-12%、4000 A，額定短時電流：80 kA（允許2 s），阻抗：0.075 Ω。電抗器三相疊裝(由上至下依次為A、B、C相)，產品2010年7月出廠，2010年8月投運。

2 事故經過

該變電站的用電系統一次主接線如圖1所示。安鋼高壓供電系統運行方式為110 kV采用單母分段接線方式；110 kV跑安線帶1#、2#主變運行，1#主變110 kV側中性點接地；110 kV五安線帶3#主變運行，3#主變110 kV側中性點接地。1#、2#主變10 kV側快速開關均為運行狀態，3#主變串電抗器運行。10 kVⅠ、Ⅱ、III段母線分段運行（聯絡開關932#為熱備用狀態，934#、931#為冷備用狀態）。

9月16日14：16變電所事故喇叭響，電腦報警，3#主變差動動作，同時外場發出一聲巨響,當班人員經檢查：3#主變DVP顯示差動動作,3#主變103#、903#兩臺開關同時跳閘，電腦10 kVⅢ段母線上所有負荷顯示為0，微機母線差動保護裝置報差動開放Ⅲ段。到現場后值班員使用干粉滅火器進行滅火后，檢查發現3#主變電抗器B相燒損嚴重，A、C相有熏黑燒壞痕跡，A、B、C相間支柱絕緣子雖破損（起火高溫引起）但無放電閃絡痕跡。通過現場檢查及對二次保護信息的分析，可基本確定，串抗B相最內層包封的繞組內部發生匝間短路是造成本次3#主變差動保護動作故障的直接原因。原因查明后，檢修人員將故障電抗器拆除并短接處理后,于23：31分恢復3#主變恢復正常運行方式。

3 事故原因分析

事故發生后，檢修人員對3#主變本體及相關一次部分進行檢查試驗，確認一次設備完全正常，無短路、接地現象。對二次部分進行檢查，控制回路部分未見異常，保護裝置運行正常，保護定值整定正確。排除外部電網短路引起事故，期間變電所及外供電無任何操作任務。

從故障報告來看，3#主變低壓側B相電流突然升高，差流達到5.1 A，超過了3#主變差動保護的啟動門檻值(2.75 A)。

從設備運行情況來看，事發前幾天9月14日公司因技改工程施工，施工單位不小心從空中墜物掉到燒結線，使110 kV變電所3#主變的快速開關三相橋體炸開，之后維修人員因無備件將3#主變快速開關甩開，直接3#主變低壓側串電抗器帶10 kVⅢ段母線運行。根據現場運行需要，要求近期在未恢復之前3#主變電抗器運行時必須加強對電抗器設備運行的監控，列入A級特護范圍，同時要求隔2 h對電抗器本體及各電氣聯接部位進行測溫（各測溫點溫度＜70℃）并記錄。3#主變電抗器各測溫點溫度監測如表1。

表1 3#主變電抗器各測溫點溫度監測表

從表1數據上分析，3#主變電抗器運行參數正常，未發現異常現象。電抗器的運行電流在正常額定范圍之內，因電抗器與主變是串聯，監測3#主變的電流就可以監測3#主變電抗器的運行電流。具體監測參數如表2。

表2 3#主變低壓側運行電流監測表

通過現場檢查及對二次保護信息各現場運行參數的分析，可基本確定，串抗B相最內層包封的繞組內部發生匝間短路是造成本次3#主變差動保護動作故障的直接原因。隨后，專業人員和廠家對故障電抗器進行現場勘察和數據收集，召開由工程部組織的電抗器起火專題分析會。

4 繞組內部發生匝間短路原因分析

出現匝間短路絕緣劣化，而且最內層包封匝間絕緣明顯比其他層劣化嚴重，可以存在以下幾種情況：

（1）設備運行存在過電壓現象；

（2）設備運行存在過電流現象；

（3）電抗器繞組匝間過熱老化。

從以上三種情況來看設備運行存在過電壓現象這種可能性較小，因為從110 kV變電站主控室的電壓監測波形看比較平穩，沒有電壓跳躍現象且這段時間沒有作任何操作（和上級供電局聯系他們也未操作）。而設備運行存在過電流現象這種可能性也較小，從上對3#變壓器運行數據來看未超過其電抗器的額定運行電流＜4000 A。電抗器繞組匝間過熱老化現象在以往運行工作中也曾出現過。經過對廠家在會上對電抗器制作過程及使用原材料及生產工藝的了解，認為該問題的產生原因為：

（1）最內層包封沒有撐條固定(而其他層均有撐條固定)，長時間運行熱脹冷縮作用下環氧樹脂層容易變形產生裂紋，水分從裂紋直接進入包封內部。

（2）制造技術中線匝之間、導線層與內包封纖維層之間均有一定的間隙，為潮氣和雨水留出了通道和駐留空間，使導線外面包裹的薄膜直接接觸潮氣和雨水。

（3）得到廠家對電抗器制作過程的肯定，在制作電抗器時由于繞組繞線過程中有焊接現象，也就是說整個電抗器繞組有電氣接頭。如果電氣接頭焊接工藝不好，產生焊接空隙，在通過大電流時由于接觸面積不夠產生發熱，而誘發電抗器局部發熱使相鄰間受熱絕緣老化，造成匝間短路。

（4）其導線外面包裹的為3層聚酯膜，而聚酯膜在高溫作用下較易產生水解，長時間運行后絕緣劣化嚴重，導致導線匝間絕緣嚴重降低。

以上4種原因，由于電抗器是2010年8月投運，至2010年9月16日事故發生運行時間較短，且最近天氣較晴朗，（1）、（2）、（4）三種情況可能性較小，可以判定3#主變電抗器B相由于制作工藝缺陷引起。

5 處理和整改措施

原因明了，就電抗器制作工藝問題，我們要求該廠家采取了以下技術改進措施：

（1）將導線外面包裹的3層聚酯膜改為兩層聚酯膜中間夾一層聚丙膜(高溫下不易水解材料)。

（2）采用了導線浸膠工藝。增強繞組匝間絕緣。由于導線外面的絕緣薄膜過于光滑，不能攜帶足量的環氧膠，因此在薄膜外增加包繞一層電工無紡布，可攜帶大量的膠液到線圈上，不僅使絕緣薄膜具備了防潮保護層，同時導線上多余的環氧膠填充了所有的縫隙，避免了潮氣和雨水與導線的直接接觸。

（3）電抗器制作過程中避免使用有接頭繞組，使繞組匝間較均勻，避免類似現象發生。

（4）由于快速開關與主變電抗器并聯使用，起到了正常運行方式時由快速開關供電，故障時用快速開關切斷故障電流由主變電抗器作限流作用從而保護主變。所以提高快速開關動作整定值，由原1#、2#主變快速開關整值12 kA改為25 kA，3#主變快速開關整值15 kA改為29 kA。有效地提高電抗器的使用壽命。

6 事故防范及日常控制措施

針對安源分公司110 kV變電站3#主變電抗器干式空芯電抗器起火后對設備的檢查情況及事故原因分析，建議干式空芯電抗器運行單位在日常維護中應注意以下幾點：

（1）加強設備巡視，檢查電抗器包封撐條是否脫落、電抗器外絕緣、瓷瓶有無明顯的放電現象、有無異響等。及時發現設備運行中存在的問題，并及時處理，避免發生其他惡性事故。

（2）加強干式電抗器的運行巡視和紅外測溫工作。干式電抗器投切后，應注意檢查相關設備潮流及系統電壓是否正常，與之連接的避雷器是否動作等，發現缺陷應及時處理;按期開展干式電抗器紅外測溫工作，高溫、大負荷情況下應適當增加測溫次數，測試結果應注意與歷史溫升、相間溫升比較。

（3）由于采用三相疊裝方式的串(限)抗在出現故障后極易發展為相間短路，且如果單相發現局部起火，可以會引發其他相，擴大了事故。這時如串(限)抗為前置，就相當于造成主變低壓側出口短路。為避免或降低因主變低壓側出口短路造成主變損壞的幾率，建議以后基建工程中當串(限)抗前置時，不要采用三相疊裝方式，宜采用“品”字裝方式。

（4）運行維護單位在干式空心電抗器停電檢修期間除按照規程規定進行定期試驗外，還應進行全面外觀檢查，檢查的重點是最外層和最內層包封表面的開裂情況。必要時可采用內窺鏡檢查各個包封層表面的開裂情況以及是否存在鼓包和樹枝狀爬電現象。對運行時間較長且包封表面開裂嚴重的，建議逐步進行更換；對包封表面輕微開裂的，建議進行噴涂防污閃RTV涂料處理，以延緩包封開裂后水份進入繞組內部對導線絕緣層侵蝕的速度。

Analysis of a Differential Protection Failure of Transformer Caused by a Reactor Fire

LIU Zongchun
(Jiangxi Anyuan Iron and Steel Co.,Ltd.,Pingxiang,Jiangxi 337000,China)

Through overall analysis of a reactor fire during operation of the 110 kV substation,the causes of the fire were found out,defects in manufacturing of the equipment were analyzed and proposals for routine maintenance and test in the future were also provided.

electric reactor;fire breakout;differential protection of transformer;manufacturing defect

TM47

B

1006-6764(2014)05-0004-03

2013－11－12

劉宗純（1980－），男，畢業于天津工業大學，助理工程師，現從事電氣設備技術管理工作。