主變低壓側復合電壓過流保護動作故障分析及處理

羅增壽

摘 要：主變低壓側復合電壓過電流保護是主變低壓側及其連接設備的后備保護，對主變的安全運行有著重要的作用，本文通過對主變低壓側復合電壓過電流保護事件故障情況進行分析和提出處理辦法，并判定事故的主要原因，提出整改、防范措施和經(jīng)驗反饋。

關鍵詞：變壓器;母線開關柜;三相短路故障;故障原因;防范措施

中圖分類號：TM645 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）10-0157-02

1融安水電站簡介

融安水電站與浮石水電站共用現(xiàn)有的浮石水電站大壩及水庫，廠房位于浮石水電站大壩右岸上游200m處沖溝出口處。融安水電站燈泡貫流式水輪發(fā)電機組1臺，裝機容量1×18MW，水輪發(fā)電機組為東方電機廠生產(chǎn)，水輪機、發(fā)電機型號分別為GZD654-WP-590、SFWG18-64/6250，其機組也通常稱浮石水電廠#4機組，電站于2015年7月26日投產(chǎn)發(fā)電。

融安水電站經(jīng)#3主變接入浮石電廠開關站，通過浮石電廠原有的兩條110kV線路接入系統(tǒng)。#3主變型號為SF11-20000/110，高、低側后備保護均設有復合電壓過電流保護。

2事故前浮石電廠、融安電站運行方式

事故前設備運行方式：浮石水電廠3臺機組各帶15MW負荷，融安電站機組停機備用。廠用電正常方式運行（#1廠變帶廠用400VⅠ段，#2廠變帶廠用400VⅡ段，#3廠變帶廠用400VⅢ段）。天氣：陰雨，室內(nèi)濕度97%。

事故后設備運行方式：#4機組在開機并網(wǎng)后升負荷的過程中，出口開關4跳閘，機組甩負荷后空載運行;105開關跳閘，3#主變停運，943開關跳閘，#3廠變失壓，廠用電備自投裝置正常動作，廠用電切換由浮石電廠側供電。

3事件簡況

2017年04月05日17：18#4機組并網(wǎng)，在增加機組出力的過程中，17：22 監(jiān)控上位機報“#3主變保護動作”告警，主變高壓側105開關跳閘、#4機組出口開關跳閘，機組甩負荷后空載運行，#3廠變943開關跳閘，廠用電備自投裝置正常動作，廠用電切換由浮石電廠側供電。主變保護屏查看，低壓側后備保護裝置顯示：復合電壓方向過流保護動作。

4事件處理過程

4.1運行檢查處理

（1）運行人員立即用工業(yè)視頻監(jiān)控視頻查看發(fā)現(xiàn)融安水電站10.5kV高壓室有明顯煙霧。（2）同時，立即安排當班人員現(xiàn)場檢查：1）#3主變及高壓側外觀無發(fā)現(xiàn)明顯異常，#3主變溫度、油位正常;2）主變低壓側連接電纜至10.5kV高壓室檢查發(fā)現(xiàn)有明顯煙霧和絕緣焦味;3）#3主變保護屏檢查有“#3主變后備保護動作”告警，“復合電壓方向過流保護”動作;4）廠用400VⅢ由浮石電廠側供電正常。（3）將事故情況匯報調(diào)度、電廠領導，申請中調(diào)停#4機停機，按水情帶負荷，并要求電廠立即安排運維人員現(xiàn)場檢查。（4）運行人員做停電隔離安全措施，拉開#3主變高壓側開關及刀閘和低壓側10kVⅢ段母線各手車開關、手車隔離手車搖至“試驗”位置，并在各側掛接地線和合上地刀，完成安全措施[1]。

4.2維護檢查處理過程

（1）打開主變低壓測10kV隔離開關柜后蓋板和頂蓋板檢查，發(fā)現(xiàn)母線室被擊穿短路熏黑，柜內(nèi)母排室全部被煙塵熏黑，C相母線排有局部燒蝕熔化點，C相主母線排與支路連接部位螺栓較松。（2）經(jīng)檢查并確認設備已損壞，對設備損壞情況的檢查后，聯(lián)系廠家要求以最快的速度準備維修方案和所需更換部件。（3）對#3主變絕緣檢查，高壓繞組對地2500MΩ，低壓繞住對地400MΩ，結果正常。（4）對10kV受損柜母線的絕緣檢查，絕緣電阻為A相8MΩ、B相4MΩ、C相1.5MΩ，不合格。（5）對受損開關柜進行清掃、檢查、缺陷取證、樣品加熱試驗、打磨、刷漆。（6）04月08日14：00 絕緣件和母排經(jīng)空運到達現(xiàn)場，開始進行安裝。（7）04月09日13：00熱縮護套通過快遞到達現(xiàn)場。17：00完成設備安裝、做交流耐壓試驗和測絕緣電阻合格。18：11#3主變和10kV開關柜恢復正常運行。

5事件原因分析

5.1故障錄波波形分析（保護裝置事件報告錄波圖如圖1）

從主變保護錄波圖看，三相短路故障發(fā)生前電壓波形已經(jīng)異常：A、B相電壓波形正常幅值變大，C相波形顯示接近0V，從電壓波形圖的峰值（約141V）計算出A、B相電壓的有效值月為141/√2=100V， A、B相電壓較正常電壓（57V）高出了√3倍，符合不接地系統(tǒng)單相接地故障特征，確認為C相發(fā)生單相接地故障。主變保護錄波圖時間軸0ms時刻后發(fā)展成三相短路故障，三相短路電流突然變大（290ms時為：28.55A），三相電壓突然接近0V，短路電流大于保護動作定值（14.8A），主變底后備保護動作跳開各側電源開關，切斷故障點，電壓、電流均為零。根據(jù)上述分析可判斷：故障點應在主變差動保護范圍以外設備，即C相先發(fā)生接地故障，接著發(fā)生了三相接地短路，保護裝置動作正確。

5.2母線現(xiàn)場檢查情況

（1）主變低壓側9033隔離小車的檢查：將隔離小車退出，下端動觸頭完好，色澤光艷，上端動觸頭完好，表面有煙熏粉漬。（2）開關柜母線室檢查：拆開母線室后蓋板，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部母線室側壁全部被熏黑，拆開母線室頂部蓋板，內(nèi)部全部被熏黑，母線絕緣護套跌落且呈焦狀。進一步檢查發(fā)現(xiàn)母線與支路連接處的連接螺桿沒有上緊，但螺桿沒有燒弧痕跡。（3）母線室清掃后，擊穿點的復原取證：因在母線拆除前空間有限，無法清楚查看短路點，在對母線室進行清掃和拆除全部母排和絕緣件后，分別將A、B、C各相母線和絕緣件按原安裝位置復原擺放，并進行檢查，以便準確認定放電擊穿路徑。現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)C相母線有2處放電擊穿點，A、B相各有1處放電擊穿點，其中C相銅母排擊穿溶化點在穿墻套管內(nèi)部，是唯一不是通過空氣擊穿的短路點，應該是穿墻套管被擊穿形成對金屬隔板放電短路，可以確定是造成單相接地的部位。C相發(fā)生單相接地后與A、B相通過空氣擊穿造成三相短路。

5.3相關的檢驗性試驗

（1）母線（故障現(xiàn)狀）耐壓試驗：為了判明故障點是否為永久性故障，在保持故障原狀態(tài)情況下，我們分別通過試驗變壓器對三相母線進行了加壓試驗。試驗結果，C相母線在5kV時支柱絕緣子底座和靜觸頭盒放電，A、B相母線在10kv時支柱絕緣子底座和靜觸頭盒放電。每次放電均有煙霧產(chǎn)生?？梢哉J定C相為永久性故障，A、B相接近永久性故障性質(zhì)。

（2）母線絕緣件加熱試驗：為了檢驗母線室內(nèi)的黑色煙塵的來源，我們對熱縮套管、穿墻套管和支柱絕緣子進行了電爐加熱試驗。試驗結果，在達到溫度400℃左右情況下，絕緣件均產(chǎn)生濃煙和燃燒。

5.4原因分析及結論

5.4.1 C相絕緣擊穿接地的可能原因

（1）C相支母排與主母排的連接螺栓松動，母線室連接母排通過電流增加時，母排溫度突變非線性升高，異常高溫使穿墻套管絕緣性能下降。（2）高溫使熱縮護套燃燒產(chǎn)生碳粉煙塵，并附著在穿墻套管上降低了絕緣性能。（3）C相穿墻套管有隱藏性缺陷，經(jīng)過一定時間運行后發(fā)展和進一步惡化（4月10日上午對該套管進行了外觀檢查和施加42kV交流耐壓試驗，排除套管有裂紋隱藏性缺陷）。（4）4月5日當天環(huán)境濕度較大（為97%），也是對設備運行不利的一個次要因素。

5.4.2三相接地短路原因

C相發(fā)生單相接地后，A、B相通過空氣擊穿引起三相短路。原因：（1）與上述第2點共同的原因，高溫使熱縮護套燃燒產(chǎn)生碳粉煙塵，煙塵彌漫在母線室造成空氣絕緣強度下降。（2）C相母線單相接地電弧放電產(chǎn)生大量煙塵，使母線室空氣絕緣強度急速降低。（3）C相單相接地造成A、B相對地電壓由相電壓上升到線電壓。（4）4月5日當天環(huán)境濕度較大（為97%），也是對設備運行不利的一個次要因素[2]。

5.5結論

主變低壓側開關柜C相支母排與主母排的連接螺栓松動，母線室連接母排通過電流增加時，母排溫度突變非線性升高，異常高溫使穿墻套管絕緣性能下降，造成C相發(fā)生單相接地，后A、B相通過空氣擊穿引起三相短路，由于故障點在主變差動保護范圍外，故主變低壓側復合電壓方向過流保護動作。

6整改措施

（1）全面檢查該項目所有封閉母線，是否存在螺桿未壓緊、母線絕緣護套有無老化、絕緣件有無放電痕跡等情況。（2）在大電流匯集母線柜加裝溫度檢測裝置。（3）完善電廠電氣設備檢修文件包，將檢查封閉母線列入年度常規(guī)檢修內(nèi)容。（4）完善主變10kV母線接地保護，將零序電壓接入主變保護。（5）完善主變差動保護的保護范圍，按原設計該段母線未在主變差動的保護范圍。

7經(jīng)驗反饋

（1）項目施工管理應選擇能力強、資質(zhì)高的設計、施工與監(jiān)理單位。（2）加強對設備的檢修維護管理，特別是一次設備封蔽部位，如開關柜內(nèi)部等，都需要在檢修期進行徹底檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時處理消除，以防患于未然，機電設備安全運行。（3）加強對新投運設備的安裝施工過程監(jiān)督、驗收管理以及設備檢修過程監(jiān)督、驗收管理，特別是對一次設備的隱蔽部位，設備業(yè)主方應全過程監(jiān)督和檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時要求整改。（4）新投運的一次設備應加強人工對導流體的溫度檢查，建議在大電流匯集母線柜加裝溫度檢測裝置并引入監(jiān)控系統(tǒng)，以便運行人員隨時監(jiān)視設備溫度運行情況。

參考文獻

[1] 李駿年.電力系統(tǒng)繼電保護[M].北京：中國電力出版社，1993.

[2] 藍之達.供用電工程[M].北京：中國電力出版社，1998.