一起110 kV電流互感器跳閘事故原因分析

劉圓方,國金明,陸曉彬,胡 林,鄭榮鋒,吳拓劍,袁瑞宜

(國網四川省電力公司成都供電公司,四川 成都 610093)

0 引 言

電流互感器作為電力系統中重要的一次設備,起著計量、保護等作用,其運行的可靠性直接關系到電網能否安全穩定運行[1]。電流互感器發生故障時不但可能造成自身損壞,還會引起保護動作、設備跳閘,造成電網安全事故[2]。因此,對于電流互感器的故障診斷工作是非常重要的,應當通過科學的診斷方式找到故障發生的原因并及時排除故障,使電力系統恢復正常運行,同時須采取合理措施避免事故再次發生。下面就某變電站一起110 kV電流互感器一次放電跳閘事故進行分析。

1 事故概況

事故前,220 kV某變電站110 kV部分采用雙母線接線,運行出線11回。站內共兩臺主變壓器(2號、3號)高中壓側并列運行,220 kV、110 kV分段斷路器在合位,35 kV分段斷路器在分位。3號主變壓器高壓側中性點不接地,中壓側中性點接地,中壓側零序CT變比為400/5。103間隔油浸式電流互感器型號為LB6-110W3,2020年3月出廠,2021年1月投運,安裝于斷路器靠近3號主變壓器側(如圖1所示),變比為2×800/5,一次側采用并聯接線方式運行,即運行變比為1600/5。

圖1 103電流互感器運行接線方式

2021年2月23日15:10:50.420時,3 號主變壓器 110 kV 側103 CT發生擊穿故障,110 kV母線保護動作,3 ms后跳開運行于110 kV Ⅰ母的7個間隔;68 ms 后3號主變壓器2號保護比率差動動作跳開變壓器另外兩側的203斷路器、303斷路器。保護動作時序如圖2所示。

圖2 保護動作時序

2 檢查診斷

2.1 外觀檢查

現場停電檢查發現103電流互感器A相P1接線端有明顯放電拉弧痕跡,且放電痕跡經瓷套延續至CT底座,如圖3、圖4所示,在放電軌跡上對應的瓷套傘群內附著有疑似銅點。同時P2級端子及等電位端子附件也有電弧灼傷痕跡。油位觀察窗出現裂紋,但油位正常,膨脹器未發現異常凸起,除外部放電痕跡外,外觀完好。

圖3 103電流互感器P1端接線座放電痕跡

圖4 103電流互感器底座放電痕跡

2.2 試驗診斷

2.2.1 化學試驗

對該站103電流互感器取油樣后進行色譜分析。結果顯示,A相乙炔含量為2.7 μL/L(標準值為≤2 μL/L),總烴含量為184.6 μL/L(標準值為≤100 μL/L)。B、C兩相均未檢測出乙炔,總烴含量分別僅為5.2 μL/L,6.4 μL/L。三比值結果為0、2、0,屬低溫過熱故障。色譜檢測數據如表1所示。檢測結果判斷依據為DL/T 722—2014 《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則》[3]。

表1 103 電流互感器油色譜數據

2.2.2 電氣試驗

對103電流互感器A相進行電氣試驗診斷,實測其介質損耗為0.286%,電容量為762.9 pF,絕緣電阻測試以及變流比和二次直流電阻測試數據如表2、表3所示。各項電氣試驗數據均合格。

表2 電氣試驗診斷結果

表3 A相變流比及直流電阻測試

2.2.3 故障錄波

故障發生后,110 kV母線保護和3號主變壓器保護同時啟動,如圖2所示。3 ms后,110 kV母線保護首先動作跳開110 kV Ⅰ 母相關斷路器。從圖5可以看出T2時間點(即110 kV母線保護動作使103斷路器跳開后)B、C相電流變為0,但是A相故障電流并未開斷。在T2時間點68 ms后,3號主變壓器差動保護動作跳開主變壓器另外兩側斷路器后故障電流消失。

圖5 3號主變壓器中壓側故障錄波

3 事故原因分析

依據電氣試驗結果及外觀檢查,初步排除互感器內部放電故障。根據圖5故障錄波分析,判斷初始故障點應位于103電流互感器和斷路器之間,在母線保護的動作區內、主變壓器保護的動作區外(見圖1),故在母線保護動作后,故障電流無法切除。由圖5中103斷路器跳閘后故障波形的最后兩個周期分析,T2時間點后:中壓側A相二次故障電流峰值約為32 A,依據變比計算一次電流為10 240 A;3號主變壓器中壓側中性點二次電流峰值約為130 A,依據變比計算一次電流為10 400 A。這與A相故障電流基本匹配,且2號主變壓器錄波無異常,判斷中壓側系統無其他可分流的故障點,確定103斷路器CT處故障為唯一故障點。結合圖2外觀檢查判斷,初始故障為P1端對地放電。

從故障點來看,由于故障位于主變壓器保護死區范圍,主變壓器保護裝置不應動作。經外觀檢查發現了P2處有少量放電痕跡,因此判斷當故障發生后,P2與P1接線板間發生了間歇性弧光短路,如圖6所示,導致流過CT的電流被分流,使得主變壓器保護感受到差流而動作。

圖6 103電流互感器P2端放電痕跡

后續再次檢查現場,發現事故互感器相鄰2 m左右的半高層隔離開關傳動連桿處有放電痕跡,如圖7所示。同時,觀察到在事故互感器接線座上殘余有少量銅絲狀物體,如圖8所示;事故互感器下方地面各處散落有金屬銅絲,如圖9所示;現場存在大量鳥類,如圖10所示。

圖7 傳動連桿處放電痕跡

圖8 103電流互感器A相P1接線座上殘余銅絲

圖9 地面各處散落銅絲

圖10 設備上方半高層存在大量鳥類

判斷整個事故過程如下:外界原因(如鳥類、大風等)導致金屬銅絲狀物體搭至103電流互感器A相與相鄰的半高層隔離開關垂直傳動拉桿間,引起P1端對拉桿放電(見圖7)而啟動110 kV母線保護。在此過程中,弧光閃爍至P2端,導致P1、P2間形成外部短暫通路(見圖6)而啟動了3號主變壓器保護。短暫放弧過程后,銅絲部分燒損融化噴濺至P1端接線座附近以及瓷套表面各處。同時,銅絲燒融后長度變短,在重力作用下向下飄落,掉至A相電流互感器箱沿,導致P1端對箱沿上部放電(見圖4),直至3號主變壓器差動保護動作切斷故障電源。

在整個放電過程中,P1、P2接線座產生較高溫度,可以觀察到螺栓及接線板部分融化痕跡(見圖3、圖6);由于金屬導熱性較好,熱量傳導至CT內部導致內部低溫過熱,產生分解物。這符合油化試驗分析結果。

4 處理及防范措施

為了防止類似事故再次發生,提高設備故障預防能力,保證電力系統安全穩定運行,提出如下防范措施及建議:

1)加強對常規戶外設備巡視,特別注意場地上方設備附件及導電體是否有松動情況。

2)對特殊環境下的戶外變電站,增加驅鳥裝置,增加巡視次數,注意設備上方(尤其半高層設備)是否存在異物及鳥窩等。

3)當電流互感器安裝于斷路器靠主變壓器側時,若斷路器與電流互感器間發生故障,由于該故障點在主變壓器保護動作范圍外,因此母線保護動作跳開斷路器卻無法阻止主變壓器繼續提供故障電流,存在無法切斷故障電源、擴大事故范圍的可能。對于嚴重鳥害或環境污染等運行環境下的變電站,建議將電流互感器安裝在斷路器靠母線側,以減少保護動作死區[4]。