風偏引發變電站多處引下線放電跳閘故障 技術分析

婁方旭，張慶偉，毛 強，胡 星，殷 慧，曾 茗

（貴州電網有限責任公司貴陽供電局，貴州 貴陽 550002)

1.1 某220kV 變電站跳閘前電網運行方式

220kV 系統接線方式：220kV Ⅰ、Ⅱ母并列運行，1 號主變220kV 側211 開關、2 號主變220kV側212 開關均運行在220kV Ⅰ母，3 號主變220kV側213 開關運行在220kV Ⅱ母。110 kV 系統接線方式：110kV Ⅰ、Ⅱ母分列運行，由1 號主變110kV 側111 開關和2 號主變110kV 側112 開關并列運行供110kV Ⅰ母；主變中性點接地方式：3號主變220kV 側2130 中性點地刀、110kV 側1130中性點地刀及1 號主變110kV 側1110 中性點地刀在合位。運行方式見圖1。

圖1 故障發生前一次設備運行狀態

1.2 故障后電網運行方式

跳閘事件發生當日23 時至次日6 時許，該變電站境內受強對流天氣影響，現場出現雷雨、大風，氣象局報道“極大瞬時風速39.8m/s”，即颶風。

次日00:12 變電站1 號、2 號主變均差動保護動作跳閘；00:14 變電站220kV Ⅰ母母差保護動作跳閘，110kV Ⅰ母及10kV Ⅰ、Ⅱ母失壓，1、2 號站用變失電，全站用交流電失壓；00:56 運行人員趕赴現場退出3 號主變風冷全停跳閘功能，02:17運行人員與檢修人員對1、2 號主變及110kV Ⅰ母及其所屬開關間隔一、二次設備檢查無異常，隨即對故障點和設備進行檢查，并恢復站內用電和部分線路供電。保護動作后現場運行方式見圖2。

圖2 故障發生后一次設備運行狀態

2.1 保護動作情況

現場保護動作報文如下：主變及母線保護均為差動動作，根據動作的相別、報文和錄波，初步判定故障點位于主變保護區內和220kV Ⅰ母保護區內（見表1）。

表1 站內各保護動作情況

整理各保護動作的時序，如圖3 所示。

圖3 保護動作時序

根據母線保護打印的波形（見圖4）可以看出，只有220kV 母聯210 間隔C 相電流有突變，是引起母線I 母小差保護動作的原因，可以進一步判定故障位于210 斷路器靠I 母側。

圖4 母線差動保護動作波形

根據1 號主變保護打印的波形（見圖5）可以看出，只有220kV 側B、C 相電流有突變，是引起1 號主變保護動作的原因，結合報文可判定是高壓側相間故障，可進一步判定故障位于211 斷路器靠1 號主變側的B、C 相導線之間或者主變高壓側B、C 相繞組之間。

根據2 號主變保護打印的波形（見圖6）可看出，只有220kV 側A 相電流有突變，是引起2 號主變保護動作的原因，結合報文可判定是高壓側A 相單相接地故障，可進一步判定故障位于212 斷路器至2 號主變高壓側繞組之間的A 相線路上。

圖5 1號主變差動保護動作波形

圖6 2號主變差動保護動作波形

2.2 一次故障點放電情況

現場勘察情況：220kV 主變進線及母聯高跨線的引下線，由于受極大瞬時風速39.8m/s（超設計最大風速30m/s，超該地區歷年最大風速19.0m/s兩倍多）的颶風影響，擺向出線構架的橫梁，在引下線至橫梁距離小于0.6m（工頻電壓下《高壓配電裝置設計技術規程》中P18 表8.1.2 要求值）后[1]，開始放電并產生電弧，造成變電站1 號主變220kV 側B 、C 相高跨線對門型構架以及B、C 相相互之間放電（見圖7）；2 號主變220kV 側A 相高跨線對門型構架放電（見圖8）；220kV Ⅰ母C相靠母聯210 開關處高跨線對門型構架放電（見圖9），放電位置及現象與保護動作情況相符。

同時，依據《GB/T 17623-1998 絕緣油中溶解氣體組分含量的氣相色譜測定法》對跳閘的1 號、2 號主變進行了油化試驗，結論均為合格，可排除主變本體故障。

綜上，判定220kV 母線保護，1 號、2 號主變差動保護動作正確。一次故障點定位正確，故障點在一次設備運行狀態圖上表示見圖10。

該站建于2000 年，依照當時的技術經濟水平，變電站220kV 屋外配電裝置采用軟母線普通中型配電裝置，設計風速按30m/s 設計。根據《電力工程電氣設計手冊電氣一次部分》和《高壓配電裝置設計技術規程》（DL/T 5352-2006）的要求，330kV 及以下屋外配電裝置按離地10m 高、30 年一遇10min 平均最大風速設計；當地氣象站數據顯示，歷年最大風速為19.0m/s，變電站設計風速滿足現有規程要求。

圖7 1號主變與2113隔離開關之間B、C相引線放電

圖8(a) 2號主變與2123隔離開關之間A相引線對門型構架放電

圖8(b) 2號主變與2123隔離開關之間A相引線對門型構架放電

圖9(a) 2101隔離開關與220kV I母之間C相引線對門型構架放電

圖9(b) 2101隔離開關與220kV I母之間C相引線對門型構架放電

根據《電力工程電氣設計手冊電氣一次部分》中P644“雙層構架引下線方式”[2]，220kV 主變進線最上層高跨經3m 長橫擔懸挑引下接至線路側隔離開關，在出線構架15m 橫梁位置，引下線至橫梁距離滿足《高壓配電裝置設計技術規程》（DL/T 5352-2006）中P16 表8.1.1 要求，大于1800mm。現場一次門型構架與引下線示意見圖11。

圖10 放電點在一次設備運行狀態圖上的表示

該地區受強對流天氣影響，極大瞬時風速超過設計風速引起220kV 變電站高跨線相間及對門型構架放電。結合一次故障點及錄波判斷，保護動作行為正確。該故障原因分析和處理思路可供類似跳閘事件參考[3]。

圖11 現場一次門型構架與引下線示意

針對該地區現有環境條件，開展極端天氣下220kV 變電站雙層引下線的防風偏專題研究[4-5]，制定并落實專項整改措施；初步提出新增支柱絕緣子，可杜絕類似事件發生（見圖12）。

圖12 新增支柱絕緣子后一次門型構架與引下線示意

對于使用的支柱絕緣子，要符合《標稱電壓高于1 000V 的交流架空線路用線路柱式復合絕緣子—定義、試驗方法及接收準則》（GB/T 20142-2006）的要求，對本站220kV 的引下線按此要求選型的復合橫擔絕緣子FKT-220/4-2100（見圖13 和14），其結構高度2 100mm，爬電距離6 300mm，額定工作電壓220kV，雷電全波沖擊耐受電壓（峰值）1 050kV，工頻一分鐘濕耐受電壓（有效值）410kV，既滿足絕緣的要求，又滿足支撐力的要求。

圖13 單引下導線復合橫擔絕緣子FKT-220/4-2100示意

圖14 雙分列引下導線復合橫擔絕緣子FKT-220/4-2100示意