一起220kV變壓器短路事故分析

謝偉 趙鳴鳴 陳碩 李文博

摘 要：針對變壓器短路對電力系統(tǒng)的影響，本文對一起220 kV變電系統(tǒng)在極端天氣下引發(fā)的變壓器高壓出線故障進(jìn)行診斷，結(jié)合油樣色譜、高壓側(cè)絕緣電阻等試驗數(shù)據(jù)，研究該事故發(fā)展規(guī)律。結(jié)果表明：在大風(fēng)、暴雨等極端天氣情況下，由異物引發(fā)兩臺變壓器發(fā)生短路故障，導(dǎo)致啟備變和#1主變先后跳閘，并據(jù)此提出針對性防范措施。

關(guān)鍵詞：變壓器;短路;事故分析;試驗檢查

中圖分類號：TM407文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2020）22-0120-03

Abstract： In view of the influence of transformer short circuit on power system， this paper diagnoseed a fault of high-voltage outgoing line of transformer caused by 220 kV substation system under extreme weather， and studied the development law of the accident combining with the test data of oil sample chromatography and high-voltage side insulation resistance. The results shows that： in the condition of extreme weather， such as strong wind or rainstorm， two transformers occurred short circuit due to the sundries， and result in standby transformer and #1main transformer tripped successively， then provide the targeted preventive measures according to the above situation.

Keywords： transformer;short circuit;accident analysis;test inspection

電力變壓器是電網(wǎng)的重要電氣設(shè)備之一，保證其可靠運(yùn)行對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定意義重大[1-2]。近年來，因短路引起的事故已成為變壓器故障的首要原因，嚴(yán)重影響電力變壓器的安全、可靠運(yùn)行[3]。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明：自1992年以來，發(fā)生短路事故的變壓器占事故總臺次的比率一直穩(wěn)定在30%以上，因此，提高變壓器的抗短路能力，減少變壓器事故發(fā)生率顯得尤為重要[4]。

目前，變壓器檢測技術(shù)主要分為兩大類：在線檢測和離線檢測。檢測項目包括色譜分析、繞組試驗、溫度測驗、電氣試驗、變壓器油化試驗、局部放電等[5]。在線檢測技術(shù)可以大大提高試驗的真實(shí)性與可靠度，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷。采用在線檢測技術(shù)，可以根據(jù)設(shè)備絕緣狀況的好壞來選擇不同的監(jiān)測周期，使試驗的有效程度明顯提高。但由于在線檢測會產(chǎn)生大量的檢測數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)是分析設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的依據(jù)，因此如何存貯大量的檢測數(shù)據(jù)也是一個亟待解決的問題。離線檢測的優(yōu)點(diǎn)在于能通過停電檢修消除正常運(yùn)行時的大量現(xiàn)場干擾源，而不足在于停電檢修不能完全反映變壓器正常運(yùn)行時的工況，檢修時忽視了不同變壓器運(yùn)行的狀況[6]。

本文主要分析某電廠一起220 kV變壓器短路事故，根據(jù)保護(hù)動作情況初步判斷故障情況及故障原因，并對該起事故進(jìn)行診斷。

1 事故經(jīng)過

2016年6月28日21：47，某電廠220 kV升壓站內(nèi)運(yùn)行中的啟備變、#1主變斷路器相繼發(fā)生跳閘，動作原因為變壓器差動保護(hù)動作，其他斷路器未動作。故障發(fā)生時，有大風(fēng)、暴雨等惡劣天氣，#1、#2機(jī)組帶正常負(fù)荷運(yùn)行，現(xiàn)場無操作。

21：47：10.778啟備變高壓側(cè)A相單相接地故障，故障持續(xù)70 ms，啟備變差流速斷26 ms出口切除故障，系統(tǒng)恢復(fù)正常。110 ms后，#1主變高壓側(cè)C相發(fā)生單相接地故障，故障持續(xù)68 ms;故障切除前#1主變高壓側(cè)B相發(fā)生單相接地故障，故障持續(xù)12 ms，#1主變差流速斷保護(hù)動作后，#1發(fā)電機(jī)在滅磁過程中主變高壓側(cè)又發(fā)生三相短路故障。

2 實(shí)驗數(shù)據(jù)分析

2.1 故障情況及分析

2.1.1 啟備變故障過程分析。啟備變高壓側(cè)A相接地故障時，各支路供短路電流如表1所示。由于啟備變?nèi)嚯娏魅∽员倔w套管CT，此支路故障電流方向與其他支路故障電流方向相反。#1主變中性點(diǎn)根據(jù)運(yùn)行方式要求為不接地運(yùn)行，此支路具有正序及負(fù)序分量，但無零序分量。由表1可知，當(dāng)啟備變A相引線發(fā)生單相接地短路時，故障相電壓為0，電流變?yōu)樵瓉淼?倍;非故障相電壓不變。

2.1.2 #1主變故障過程分析。#1主變高壓側(cè)C相接地及B、C兩相接地故障時，各支路供短路電流如表2至表3所示。#1主變中性點(diǎn)根據(jù)運(yùn)行方式要求為不接地運(yùn)行，不計其支路。由表2可得，#1主變高壓側(cè)C相引線發(fā)生單相接地時，中性點(diǎn)電位升至相電壓，非故障相電壓升至線電壓。由表3可知，#1主變B、C兩相發(fā)生接地短路時，非故障相電壓升高至原來的1.5倍，各支路數(shù)據(jù)具有明顯的兩相接地短路特征。

2.1.3 #1主變斷路器跳閘后故障分析。#1主變高壓側(cè)三相接地短路故障時，流經(jīng)主變高壓側(cè)繞組故障電流及發(fā)電機(jī)電壓、電流幅值如表4所示。此時#1發(fā)變組已與電網(wǎng)解列，只計發(fā)電機(jī)支路。根據(jù)發(fā)電機(jī)次暫態(tài)電抗、主變短路阻抗、發(fā)電機(jī)電壓、電流數(shù)據(jù)可以推斷出，主變高壓側(cè)發(fā)生經(jīng)過渡電阻較小的三相接地短路。依據(jù)上表比對，證明本次事件中在發(fā)電機(jī)滅磁過程中主變高壓側(cè)仍持續(xù)存在短路故障，并最終發(fā)生了三相接地故障。同時，根據(jù)雷電定位系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)分析，在跳閘發(fā)生的時間段內(nèi)，故障線路2 km半徑范圍內(nèi)有落雷。

2.2 高壓試驗數(shù)據(jù)

2.2.1 油色譜分析。啟備變和#1主變兩臺變壓器進(jìn)行絕緣油色譜分析，乙炔含量為0，色譜結(jié)果無異常。

2.2.2 絕緣電阻。啟備變和#1主變出線帶變壓器高壓側(cè)絕緣電阻測量，測量結(jié)果分別為：啟備變高壓側(cè)及其出線絕緣電阻為60 MΩ，#1主變高壓側(cè)及其出線絕緣電阻為50 MΩ。結(jié)果正常。

2.3 雷電定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)

根據(jù)雷電定位系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)分析，在跳閘發(fā)生的時間段內(nèi)，故障線路2 km半徑范圍內(nèi)有落雷。

2.4 事件處理情況

在跳閘事件發(fā)生后，分別取兩臺變壓器油樣進(jìn)行色譜分析，色譜結(jié)果無異常。同時，進(jìn)行啟備變和#1主變出線帶變壓器高壓側(cè)絕緣電阻測量，結(jié)果正常。為保證電廠生產(chǎn)，啟備變、#1主變隨即投入運(yùn)行。

7月14日，收集現(xiàn)場相關(guān)視頻資料進(jìn)行分析。7月22日，利用#1主變停電機(jī)會，對主變高壓側(cè)引流線、復(fù)合絕緣子、均壓環(huán)等設(shè)備進(jìn)行檢查，更換受損設(shè)備。

3 改進(jìn)措施及建議

第一，按照運(yùn)行規(guī)程，定期對啟備變、#1主變絕緣油進(jìn)行色譜分析。重視避雷器的巡視工作，認(rèn)真記錄放電計數(shù)器示數(shù)。

第二，聯(lián)系變壓器生產(chǎn)廠家提供抗短路能力計算報告，為檢修策略的制定提供參考。

第三，利用停電機(jī)會，對啟備變、#1主變、#2主變進(jìn)行頻響法繞組變形試驗、低電壓短路阻抗試驗，判斷變壓器繞組是否發(fā)生變形，同時檢查啟備變高壓出線相關(guān)設(shè)備。

第四，#1發(fā)電機(jī)在滅磁過程中承受了短時的過電流，故障電流幅值不超過2倍額定值，故障電壓較低，對發(fā)電機(jī)影響不大。可考慮利用檢修機(jī)會，檢查#1發(fā)電機(jī)定子線圈端部引線綁扎固定情況。

第五，故障發(fā)生時#2高廠變封閉母線外殼有放電，不影響設(shè)備本體正常運(yùn)行，建議利用停電機(jī)會檢查封閉母線連接螺栓及本體接地是否良好，發(fā)現(xiàn)異常及時處理。

第六，加強(qiáng)線路及升壓站設(shè)備運(yùn)行環(huán)境的治理，及時清理線路及站內(nèi)鳥窩或其他異物。

第七，建議將主變套管CT接入發(fā)變組故障錄波器，進(jìn)一步提高錄波器的監(jiān)測范圍。

4 結(jié)論

在故障發(fā)生的時間段內(nèi)，雷電定位系統(tǒng)采集到故障線路2 km半徑范圍內(nèi)有落雷發(fā)生，故障前母線電壓沒有過電壓特征，可以排除線路遭受雷擊的可能性。本次故障發(fā)生時，現(xiàn)場有大風(fēng)、暴雨等極端天氣現(xiàn)象。根據(jù)引流線、龍門架、復(fù)合絕緣子均壓環(huán)放電點(diǎn)的典型特征，參考故障發(fā)生時的視頻監(jiān)控資料，判斷由異物引發(fā)本次短路故障，導(dǎo)致啟備變和#1主變先后跳閘。綜合分析，此次事件各保護(hù)裝置動作正確，各斷路器跳閘時序正常。判斷為兩臺變壓器高壓出線在極端天氣情況下發(fā)生接地故障。

參考文獻(xiàn)：

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[3]鄒德旭，錢國超，徐肖偉，等.變壓器運(yùn)行方式對短路電流的影響[J].變壓器，2018（8）：79-82.

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[5]張云海.電力變壓器故障檢測技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[C]//科技與企業(yè)：企業(yè)科技創(chuàng)新與管理學(xué)術(shù)研討會論文集（下）.2016

[6]陳浩，段榮賈.電力變壓器PD離線檢測與在線檢測的對比分析[J].科技風(fēng)，2011（12）：10-11.