永寧風電場110kV主變壓器中性點間隙擊穿事故原因分析

敖 鵬李彥質

（1.中國水電顧問集團風電關嶺有限公司，貴州關嶺 561300；2.中國水電顧問集團投資有限公司，北京 100101）

?

永寧風電場110kV主變壓器中性點間隙擊穿事故原因分析

敖 鵬1李彥質2

（1.中國水電顧問集團風電關嶺有限公司，貴州關嶺 561300；2.中國水電顧問集團投資有限公司，北京 100101）

【摘 要】永寧風電場因電網故障引發110kV主變壓器中性點間隙擊穿，接地點接地不良致中性點間隙零序電流引至中性點接地刀閘現地操作箱，造成設備燒毀事故。本文分析了事故的發生原因及處理過程，總結了經驗教訓，指出了變電站接地系統對電力設備安全運行的重要性。

【關鍵詞】主變壓器；中性點間隙；擊穿；原因

1　概 述

永寧風電場位于貴州省安順市關嶺布依族苗族自治縣境內，共安裝24臺單機容量為2MW的風力發電機組，總容量為48MW。設計年平均上網電量為96256MW·h，等效滿負荷年利用小時數為2005h。首臺機組于2015年5月25日并網發電，2015年6月29日24臺機組全部并網發電。

永寧風電場通過2回35kV集電線路接入永寧110kV升壓站35kV母線，主接線采用線路變壓器組接線方式，最終出線1回至220kV頂云變電站。永寧風電場升壓站安裝一臺三相雙圈有載調壓變壓器，容量為50MVA，額定電壓為（110±8）×1. 25%／35kV，命名為永寧風電場1號主變壓器。

2　事故經過

永寧風電場升壓站于2015年5月24日正式帶電運行，1號主變壓器采用中性點直接接地方式。2015 年5月25日，因電網系統需要，當地調度命令斷開永寧風電場1號主變壓器中性點接地刀閘，1號主變壓器中性點運行方式改為經間隙接地方式運行。

2015年7月24日，永寧風電場正常運行，負荷6560kW。當日9時5分，因電網故障導致永寧風電場110kV輸電線路停電，所有風機甩負荷停機，上位機第一個故障信息報1號主變壓器低后備保護-低壓側復壓動作。現場檢查1號主變壓器高低壓側斷路器均處在合閘位置，所有繼電保護裝置均未發出任何跳閘信號，1號主變壓器本體及套管無放電痕跡，1號主變壓器中性點接地刀閘現地操作箱及操作電機被燒毀，停電系電網系統側停電導致。

后查明因當地電網A相接地故障，造成電網系統三相電壓不平衡，致永寧風電場1號主變壓器中性點產生281. 27kV的零序電壓，并擊穿中性點間隙，產生6. 6kA的間隙零序電流，持續時間為1. 2s，電流引至1號主變壓器中性點接地刀閘現地操作箱，并燒毀操作箱及操作電機，造成設備燒毀事故。

3　事故原因分析

3. 1關于變壓器中性點運行方式的原因分析

變壓器中性點接地方式有三種：?不接地；?直接接地；?經電抗器接地。110kV系統中變壓器中性點直接接地或經低阻抗接地，部分變壓器中性點也可不接地；對可能在110kV系統中偶然形成局部不接地系統，并產生較高的工頻過電壓，低壓側有電源的110kV變壓器中性點不接地的中性點應裝設間隙，因接地故障形成局部不接地系統時，該間隙應動作［1］。為了防止中性點不接地，變壓器中性點電壓在故障時升高破壞變壓器絕緣，因此不直接接地的變壓器中性點采用間隙保護。當中性點電壓升高時，空氣間隙被擊穿引燃電弧，將中性點接地。當電壓降低后，電弧熄滅，中性點不接地［2］。

因當地電網系統運行方式的需要，永寧風電場110kV 1號主變壓器正常運行時其中性點接地方式為經間隙接地方式運行（不接地），低壓側接入風電場風力發電機組電源。在此次發生系統A相接地故障時，1號主變中性點產生過電壓，永寧風電場升壓站形成局部不接地系統，1號主變壓器中性點間隙擊穿動作正確，產生間隙零序電流。故永寧風電場1號主變壓器中性點經間隙接地運行方式應是合理的，符合當地電網運行的要求。

3. 2關于電氣設計計算的原因分析

永寧風電場為新建電場，2015年5月24日升壓站帶電運行，目前處于試運行階段，至2015年7月24日故障發生時，電氣設備均正常運行。參考同地區、同裝機容量、相同設計方案的織金三塘風電場，其主變壓器中性點運行方式同為經間隙接地方式運行，在系統故障形成的織金三塘風電場升壓站局部不接地系統中，主變中性點間隙擊穿動作后并未發生設備燒毀事故。鑒于此，可判斷永寧風電場的電氣設計計算應是合理的。

3. 3關于繼電保護裝置是否正確動作的原因分析

永寧風電場主變壓器高后備保護間隙過流定值二次值為3. 33A，折算成一次值為100A（間隙電流互感器變比為150／5A），間隙保護1時限退出，間隙保護2時限投入，定值為1. 5s。此次事故發生時產生的間隙零序電流為6. 6kA，持續時間為1. 2s，間隙零序電流值已達到保護啟動值，時間未達到保護動作時限，保護裝置未發出跳閘命令。永寧風電場保護定值按照現場實際參數經專業計算而得，其科學性應得到認可。因此，此次事故發生時保護裝置未動作出口跳閘是合理的。

3. 4關于接地不良的原因分析

接地系統是電網的重要組成部分，其任務是將某些電氣設備與大地連接，提供穩定的參考地電位，為故障電流或雷擊電流提供宣泄通道［3］。現場對永寧風電場1號主變壓器中性點接地點的接地電阻進行測量，其值為無窮大。可推斷此次事故系因1號主變壓器中性點接地點埋入地下的接地扁鐵斷裂，1號主變壓器中性點間隙擊穿時產生的間隙零序電流不能順利引入大地消耗，流向中性點接地刀閘現地操作箱，形成反擊過電壓所致，這是此次事故發生的根本原因。

4　事故處理

為保證永寧風電場1號主變壓器的安全運行，采用兩根專用接地線，連接永寧風電場1號主變壓器中性點接地點至升壓站其他兩點接地電阻合格的接地點雙接地的臨時安全措施。對1號主變壓器中性點接地點的接地扁鐵進行焊接，對附近土壤進行加降阻劑處理，并測量確保接地點的接地電阻值達到設計標準；更換新的中性點接地刀閘現地操作箱，并對主變壓器中性點機構整套進行試驗，保證各項數據均達到標準要求，不留任何事故隱患。

在2015年9月12日因雷擊造成永寧風電場110kV輸電線路C相接地故障過程中，1號主變壓器中性點間隙擊穿所產生的9. 1kA間隙零序電流順利通過接地系統引入大地消耗，未造成任何設備燒毀，證明此次事故的原因分析及處理過程是正確的。

5　經驗教訓

永寧風電場升壓站接地電阻設計值為小于0. 5Ω，永寧風電場升壓站接地網工程與電氣安裝工程分屬兩個獨立工程，接地網在驗收時的電阻測量值為0. 4Ω，滿足設計要求；升壓站各電氣設備接地點在驗收時的接地電阻測量值也能滿足設計要求。在兩項工程接近完工的交叉施工階段回填時，土石方壓斷了1號主變壓器中性點接地點的接地扁鐵，而在設備投運時未檢查各接地點的接地電阻值是否滿足設計要求，造成了此次事故。

6　結 語

對變電站而言，其接地系統要求能夠將故障電流和雷擊電流及時傳導至土壤，保障變電站內的電氣設備不遭到反擊過電壓的破壞，同時保護工作人員在故障檢修時免遭地電位升高的傷害，因此接地系統對電網安全運行有著極其重要的意義［3］。良好的接地系統應提供一個盡可能低的低電阻對地路徑（接地電阻），接地電阻越低，雷電流、浪涌和故障電流就可越安全地消散到大地，過電壓值就越低。接地裝置通過降低接地電阻，加速接地電流的擴散，減少地電位的升高，在變電站中的作用非常重要。一個合乎規范要求的接地裝置，可以在變電站發生接地故障時，保障人身和設備的安全。為防止反擊過電壓燒壞電力設備，保證工作人員不受地電位傷害，電力系統運行維護單位應在安全生產工作中確保接地系統的完整性、可靠性；在新設備投入運行及檢修、試驗完成后應嚴格檢查接地系統和接地裝置的完好性；做好對接地系統和接地裝置的定期檢查和維護工作，保證安全生產。■

參考文獻

［1］ DL／T 620—1997交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合［S］.北京：中國電力出版社，1997.

［2］ 孫萬忠. 110kV變壓器中性點接地方式探討［J］.四川電力技術，2001（5）.

［3］ 朱虹霖.變電站接地系統的重要性［J］.硅谷，2013（23）.

Analysis on the reasons of 110kV main transformer neutral Point gaP breakdoWn accident in Yongning Wind PoWer Plant

AO Peng1，LI Yanzhi2
（1．Hydrochina Wind Power Guanling Vo.，Ltd.，Guanling 561300，Vhina；2．Hydrochina Investment Vo.，Ltd.，Beijing 100101，Vhina）

Abstract：110kV main transformer neutral point gap breakdown occurs because of the power grid failure in Yongning Wind Power Plant. Adverse earth point lead to neutral point gas zero sequence current flowing to neutral point grounding switch in-situ operation box，thereby producing equipment firing accident. In the paper，accident reasons and treatment process are analyzed，experiences and lessons are summarized. It is appointed that transformer substation grounding system has great importance to safe operation of power equipment.

Key Words：main transformer；neutral point gap；breakdown；reasons

DOI：10.16617／j.cnki.11-5543／TK.2016.02.011

中圖分類號：TM4

文獻標識碼：B

文章編號：1673-8241（2016）02-0035-03