一起110 kV主變壓器中性點間隙擊穿的原因分析與故障查找

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(國網成都供電公司，四川 成都 610021)

0 引 言

目前，電力系統(tǒng)中使用的110 kV變壓器都是屬于半絕緣變壓器，即位于中性點附近變壓器繞組部分對地絕緣比其他部位弱，中性點的絕緣容易被擊穿。對于中性點裝設接地刀閘和放電間隙的變壓器， 根據(jù)電網運行方式，變壓器中性點可直接通過接地刀閘接地運行，也可經間隙接地運行，即不接地運行，在中性點不接地運行時，配置中性點間隙零序過流零序過壓保護作為主變壓器的后備保護。

介紹了一起110 kV GIS刀閘缺相導致的主變壓器中性點間隙擊穿事故，結合故障錄波，證明了中性點間隙保護動作的正確性，并詳細分析了該事故發(fā)生的原因，通過采取電氣試驗的方法，排查出故障位置，及時對故障進行了修復，縮短了故障處理時間。

1 事故描述

2012年12月8日早上，九河變電站進行倒閘操作，將2號主變壓器由182開關通過130母聯(lián)開關供電倒閘至181開關供電時，2號主變壓器中性點間隙發(fā)生放電，中性點間隙過流II段保護動作，跳開181開關和901開關。

1.1 故障前電網運行方式

圖1 九河變電站故障前運行方式圖

九河變電站為戶內GIS變電站，該站采用內橋式接線，110 kV I、II母并聯(lián)運行，全站負荷由110 kV龍九線182開關主供，九辰線181開關熱備用，110 kV備自投投入，1、2號主變壓器分別供10 kV I、II段母線負荷，930開關熱備用，10 kV分段備自投投入，10 kVⅠ段母線和10 kV II段母線供多條10 kV出線負荷，詳見圖1。

1.2 事故經過

7點54分50秒，運維人員根據(jù)調度命令將181由熱備用轉為運行。

8點03分20秒，運維人員根據(jù)調度命令將130開關由運行轉熱備用。

8點03分24秒，2號主變壓器間隙過流II段保護動作(動作電流值5.83 A)，跳開181、901開關。

事故發(fā)生后，運維人員立即到2號主變壓器室進行查看，發(fā)現(xiàn)2號主變壓器中性點間隙發(fā)生嚴重的放電現(xiàn)象，中性點間隙銅棒被燒融了一截，詳見圖2。

圖2 主變壓器中性點放電間隙棒被燒損情況

2 原因分析與故障定位

從故障錄波裝置上調出故障時的電流電壓波形圖，詳見圖3和圖4。圖3中，2Ua、2Ub、2Uc為110 kV Ⅱ母電壓，4Ua、4Ub、4Uc為10 kV Ⅱ母電壓，由于九河站110 kVⅠ、Ⅱ母線上無TV，其母線電壓的監(jiān)測來自線路TV，從圖3中看出，故障前后，110 kV Ⅱ母電壓皆正常，但10 kV Ⅱ母電壓在故障時明顯發(fā)生畸變，C相電壓在故障錄波啟動(0 ms)時刻，變?yōu)?，A、B相電壓相序反向，電壓峰值稍有降低；902開關TA電流值在0 ms時刻也發(fā)生變化，A、B相電流出現(xiàn)反向，C相電流幾乎為0；181開關B相在0 ms前無電流，在0 ms時出現(xiàn)反向的電流。圖4為故障持續(xù)時間內的錄波圖，從圖中可以看出故障持續(xù)3 s，隨后故障消失，此刻2號主變壓器跳閘，退出運行。

根據(jù)故障錄波分析可知，此次故障是由于變壓器缺相運行，三相電壓不平衡，中性點電壓被抬高，超過中性點間隙的擊穿電壓(110 kV變壓器的中性點間隙調整距離為140 mm左右，擊穿電壓為60 kV左右)，使中性點間隙被擊穿。

圖3 故障開始時的錄波圖

圖4 故障持續(xù)3 s內的錄波圖

2.1 缺相原因查找

故障發(fā)生后，檢修人員對變壓器、GIS設備依次進行了診斷試驗，對故障點進行查找定位。

(1) 變壓器試驗情況

變壓器型號為SFZ10-63000/110，出廠日期2012年4月，廠家為正泰變壓器廠，故障時變壓器運行在5檔，對2號主變壓器進行了診斷試驗，主要包括變壓器空載試驗和繞組直流電阻測試，試驗數(shù)據(jù)詳見表1和表2。

表1 變壓器空載試驗數(shù)據(jù)(5檔)

表2 變壓器繞組直流電阻試驗數(shù)據(jù)

根據(jù)測得的變壓器空載試驗數(shù)據(jù)和直流電阻試驗數(shù)據(jù)，未發(fā)現(xiàn)繞組內部存在斷線和短路的故障，表明變壓器無明顯故障，運行正常。

(2)GIS試驗情況

GIS設備型號為120-SFMT-32CA，廠家為西電三菱電機廠，出廠日期為1997年5月，投運日期為1997年9月。對110 kV II母所屬間隔設備的氣室進行了SF6分解產物測試，開關刀閘回路電阻測試，開關機械特性測試，試驗結果見表3～表5。

表3 開關刀閘氣室SF6分解產物

表3所示為GIS各個氣室的SF6氣體分解產物，試驗結果表明SF6氣體組分正常，GIS各氣室內部未發(fā)生明顯的放弧痕跡。表4所示為刀閘和開關的回路電阻測試值，1813刀閘的回路電阻值A、C相顯示無窮大，表明1813刀閘內部存在故障，沒有合上。表5所示為181和130開關的分合閘時間，分合閘時間值皆為正常范圍內，表明開關設備運行正常。

表4 110 kVII母所屬開關設備回路電阻

表5 開關的分合閘時間

2.2 缺相原因

從試驗結果判斷出故障點出現(xiàn)在1813刀閘，隨后檢修人員打開1813刀閘氣室頂蓋，發(fā)現(xiàn)1813刀閘三相合閘不一致，B相刀閘合閘到位，而A、C未合閘到位，見圖5。

圖5 1813刀閘AC相合閘不到位

1813刀閘氣動機構箱采用的兩根傳動軸帶動動觸頭進行分合閘，B相用一根傳動軸，A、C相共用一根傳動軸，傳動軸通過連接叉條拐臂使動觸頭進行分合閘。由于該叉條拐臂在當時制作過程中工藝控制不嚴格，叉條拐臂與傳動軸在尺寸上存在正工差，配合不緊密，再加上氣動機構分、合閘對罐內導

體沖擊較大，經過十多年來多次操作，緊固叉條拐臂的螺栓發(fā)生松動且磨損嚴重并發(fā)生變形，見圖6所示。圖7為叉條拐臂與傳動軸相互摩擦磨損，配合不緊密的照片。

圖6 動觸頭傳動軸件磨損情況

圖7 叉條拐臂與傳動軸摩擦變形圖

通過以上分析可知，1813刀閘A、C相刀閘共用一根傳動軸，該傳動軸與叉條拐臂存在磨損，配合不緊密，緊固螺栓出現(xiàn)松動。當1813刀閘進行合閘時，因A、C相傳動軸未能固定住A、C相叉條拐臂，在進行傳動時未能可靠帶動動觸頭合閘，使得A、C相刀閘動觸頭處于半分半合的狀態(tài)，導致了1813刀閘處于缺相運行的狀態(tài)。

3 故障處理

在找到故障點后，在廠家的協(xié)助下，檢修人員更換了1813刀閘A、C相拐臂叉條和傳動軸，經過多次傳動試驗，確保了1813刀閘能可靠分閘，同時對2號主變壓器的中性點間隙銅棒進行更換，及時恢復了送電。

由于九河站GIS運行了15年，到了中期檢修的階段，為了防止該類刀閘再次出現(xiàn)此類故障，隨后檢修人員對全站GIS刀閘的拐臂叉條都進行了檢查，發(fā)現(xiàn)其1301、1021刀閘傳動軸內部已出現(xiàn)部分螺栓松動、拐臂等配件存在磨損，都進行了相應的更換與緊固處理。

4 結 論

(1)變壓器高壓側A、C相缺相運行時，中性點電壓會抬高，間隙會發(fā)生擊穿，通過設置中性點間隙過流保護能有效的保護變壓器。

(2)當電氣設備發(fā)生故障時，可通過故障錄波分析得出故障的原因，并通過高壓化學試驗等技術監(jiān)督手段對故障進行查找，縮短故障查找時間，提高了效率。

(3)國內運行了15年以上的GIS到了中期檢修的期限，部分傳動件可能會出現(xiàn)松動和變形，應對其進行開罐檢查，及早發(fā)現(xiàn)并及時處理事故隱患。