某變電站110kV變10kV系統(tǒng)故障分析及防范探究

李莉

【摘要】本文通過對(duì)某變電站110kV變10kV系統(tǒng)的一次故障，從試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合地理位置、事故地環(huán)境和設(shè)備本身進(jìn)行分析引起該事故的原因及預(yù)防此類事故措施，以避免類似事故發(fā)生。

【關(guān)鍵詞】短路;色譜分析;耐壓試驗(yàn);防范措施

1.引言

2013年5月23日10：45分某變電站110千伏變10kV系統(tǒng)低壓側(cè)A、B、C、D、E五條線路過流保護(hù)動(dòng)作跳閘?，F(xiàn)場(chǎng)檢查站內(nèi)線路B出口龍門架三相引線斷裂，高壓室檢查線路D出口開關(guān)柜內(nèi)三相電流互感器放電炸裂、開關(guān)柜觀察窗玻璃破裂、間隔內(nèi)開關(guān)、刀閘被高溫氣體熏黑。

表1 故障間隔設(shè)備基本情況

設(shè)備 型號(hào) 出廠日期 投運(yùn)日期

線路D出口電流互感器 LA-10 2003-7 2005-1-1

線路D出口開關(guān) ZN28A-10/1250-31.5 2001-2 2001-5-1

2.現(xiàn)場(chǎng)情況

2.1 設(shè)備直觀檢查分析

線路D故障后，檢查其開關(guān)柜內(nèi)存在三相CT絕緣擊穿放電， CT內(nèi)部一次線圈有嚴(yán)重發(fā)熱變形和粘連的情況。柜體該線路三相母排處瓷瓶有明顯電弧燒傷痕跡。初步判斷故障是由CT流過較大電流，內(nèi)部嚴(yán)重發(fā)熱，外護(hù)套未能承受溫升發(fā)生炸裂并引發(fā)接地及相間短路。

圖1 線路B出線三相引線斷裂

圖2 線路D間隔CT圖片

2.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

按照檢查性試驗(yàn)要求對(duì)10千伏東母線、東母所屬間隔設(shè)備進(jìn)行高壓試驗(yàn)，同時(shí)，對(duì)遭受近出口短路沖擊的該站#1主變進(jìn)行油色譜分析。

試驗(yàn)結(jié)果：

1）由于下#1主變?yōu)楦咦杩棺儔浩鳎蜕V分析結(jié)果顯示在遭受近出口短路沖擊后內(nèi)部無由于局部故障引起的放電情況。由于搶修時(shí)間要求，未能對(duì)變壓器本體進(jìn)行繞組變形判斷試驗(yàn)，將在下階段的例行試驗(yàn)中進(jìn)行校驗(yàn)。

2）在對(duì)母線及間隔內(nèi)設(shè)備開關(guān)、CT進(jìn)行耐壓試驗(yàn)時(shí)除其中一線路E的B相CT耐壓試驗(yàn)無法通過試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)外，其余設(shè)備均通過了38kV/min的試驗(yàn)要求。拆除該相CT檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)其外部絕緣結(jié)構(gòu)已遭破壞，出現(xiàn)明顯裂紋，造成耐壓試驗(yàn)時(shí)一次繞組對(duì)鐵心放電故障，已無法滿足運(yùn)行要求。

3）在對(duì)全部間隔內(nèi)避雷器進(jìn)行高壓試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)線路C間隔A相避雷器由于早期遭受過電壓內(nèi)部已經(jīng)擊穿，其內(nèi)部氧化鋅閥片喪失過電壓保護(hù)功能。其他避雷器試驗(yàn)結(jié)果顯示均為正常。

4）所用變的耐壓試驗(yàn)及直流電阻測(cè)試均顯示正常，滿足運(yùn)行條件。

3.原因分析

3.1 外部原因

5月13日事故地局部地區(qū)陣風(fēng)6到7級(jí)，且事故變電站所處地理位置為一小山頭，無避風(fēng)遮攔。持續(xù)大風(fēng)造成站外布局較近的10千伏線路短路。該變電站低壓側(cè)母線所屬A、B、C、D、E五條線路的開關(guān)過流保護(hù)動(dòng)作跳閘，故障電流大約為正常電流10倍，大電流引起設(shè)備跳閘的同時(shí)，線路D過流引起燒損。

表2 故障電流折算

線路名稱 A B C D E

二次電流 70.5A 11.5A 66A 99 11.68

定值 21A 7.5A 24.5A 90A 4A

CT變比 300/5 400/5 300/5 50/5 3000/5

按照國(guó)家電網(wǎng)公司二○一一年十二月下發(fā)的《十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施》中防止大型變壓器損壞事故第9.1.5中要求為防止出口及近區(qū)短路，變壓器35kV及以下低壓母線應(yīng)考慮絕緣化;10kV的線路、變電站出口2公里內(nèi)宜考慮采用絕緣導(dǎo)線。而變電站的10kV架空出線為無絕緣化導(dǎo)線，不滿足反事故措施。

3.2 內(nèi)部原因

站內(nèi)10千伏電流互感器為持續(xù)通過電流、且其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為開關(guān)柜內(nèi)唯一通過復(fù)合絕緣材料進(jìn)行絕緣的電力設(shè)備，短路故障發(fā)生時(shí)通過的大電流導(dǎo)致鐵心飽和，同時(shí)伴隨著CT自身的發(fā)熱和振動(dòng)，考驗(yàn)著CT的動(dòng)穩(wěn)定和熱穩(wěn)定特性。

動(dòng)穩(wěn)定特性——當(dāng)短路發(fā)生的初始階段，短路電流較大，然后衰減到正常值，往往采用短路電流的穩(wěn)態(tài)值乘以2.55來表示短路電流的最大值（沖擊值），即動(dòng)穩(wěn)定值，如果在短路發(fā)生時(shí)，CT可以扛過沖擊值，CT本身就不會(huì)發(fā)生由于磁路飽和引起的機(jī)械力的傷害。

熱穩(wěn)定特性——熱穩(wěn)定的校驗(yàn)是短路的一段時(shí)間內(nèi)，CT自身的發(fā)熱量不會(huì)造成內(nèi)部過熱燒壞，在內(nèi)阻已定的前提下，其發(fā)熱量與電流的平方和持續(xù)時(shí)間成正比，即銘牌上常見的“1s短時(shí)熱穩(wěn)定電流”和“3s短時(shí)熱穩(wěn)定電流”，即穩(wěn)定值和持續(xù)時(shí)間必須都滿足條件，才可保證CT在短路時(shí)不會(huì)由于發(fā)熱造成燒毀。

由于事故變電站惡劣的線路運(yùn)行條件，尤其是10kV線路，頻繁造成線路跳閘，跳閘引起的短路反復(fù)沖擊著站內(nèi)設(shè)備。CT在每一次的短路故障過程中都要承受著發(fā)熱和振動(dòng)的考驗(yàn)，由于絕緣材料和導(dǎo)磁材料的累積效應(yīng)，每次短路故障后，其自身的動(dòng)穩(wěn)定和熱穩(wěn)定特性都要下降。

分別對(duì)本次故障損壞的CT進(jìn)行分析：

線路D：該線路的CT為2003年生產(chǎn)的LA-10型產(chǎn)品，其變比為50/5，小變比CT如無特殊技術(shù)要求其動(dòng)穩(wěn)定和熱穩(wěn)定特性都隨之降低，其熱電流為150倍的一次額定電流，且為“1s短時(shí)熱穩(wěn)定電流”，此CT在短路發(fā)生時(shí)容易損壞，如圖3所示，在短路發(fā)生時(shí)，由于發(fā)熱導(dǎo)致下軍1CT3相不容程度的燒毀。此為典型的由于CT熱穩(wěn)定特性不滿足短路時(shí)故障電流及故障時(shí)間情況。此類故障發(fā)生時(shí)同時(shí)伴隨著弧光及由于復(fù)合絕緣材料達(dá)到可燃條件引發(fā)的火災(zāi)及爆炸。

線路E：該線路B相CT檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)其外部絕緣結(jié)構(gòu)已遭破壞，由于短路時(shí)出現(xiàn)的機(jī)械沖擊導(dǎo)致CT表面出現(xiàn)明顯裂紋，絕緣材料已經(jīng)破壞，耐壓試驗(yàn)進(jìn)行時(shí)一次繞組對(duì)鐵心放電故障，已無法滿足運(yùn)行要求。此為典型的由于CT動(dòng)穩(wěn)定特性不滿足短路時(shí)故障電流情況，如圖3所示。

圖3 線路E出口B相CT圖片

4.防范措施

從試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合地理位置、事故地環(huán)境和設(shè)備本身進(jìn)行分析，得出：

1）必須嚴(yán)格按照國(guó)家電網(wǎng)相關(guān)要求對(duì)架空線路進(jìn)行改造，謹(jǐn)防諸如此次故障的近出口短路故障對(duì)變壓器本體的沖擊。

2）對(duì)舊式變壓器的相關(guān)參數(shù)和動(dòng)、熱穩(wěn)定電流差的CT進(jìn)行檢查，并對(duì)電網(wǎng)可靠運(yùn)行的影響程度進(jìn)行分析，按照危機(jī)程度安排進(jìn)行更換，以使所有設(shè)備滿足的運(yùn)行特性，達(dá)到故障發(fā)生后保護(hù)及時(shí)動(dòng)作的要求。

3）對(duì)農(nóng)村電網(wǎng)的各級(jí)電流互感器的動(dòng)穩(wěn)定及熱穩(wěn)定特性進(jìn)行檢測(cè)，不符合要求的及時(shí)更換，防止故障后事故擴(kuò)大。針對(duì)目前農(nóng)網(wǎng)10kV CT故障情況頻發(fā)的狀況，首先，應(yīng)從設(shè)備的入網(wǎng)嚴(yán)格把關(guān)，做好設(shè)備的交接驗(yàn)收工作。其次，應(yīng)充分做好近出口短路后的設(shè)備檢查、試驗(yàn)工作。

參考文獻(xiàn)

[1]杜林，李欣等.110kV變電站過電壓在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及其波形分析[J].高電壓技術(shù)，2012，38（3）.

[2]鐘世民，王文剛.110kV變電站主變跳閘事故分析及處理[J].電工技術(shù)，2013（5）.

[3]黃曉.集控站10kV系統(tǒng)故障監(jiān)測(cè)問題探討[C].2012年云南電力技術(shù)論壇論文集.

[4]肖劍鋒，魏長(zhǎng)明.主變110kV側(cè)斷線引起10kV電壓異常的故障分析[J].電工技術(shù)，2010（1）.