一起35kV主變短路損壞事故的分析與處理

劉 勇 李紅軍 朱祚恒 董秀成 古世甫 范鎮(zhèn)南

①國(guó)網(wǎng)四川省電力公司阿壩供電公司 ②國(guó)網(wǎng)四川省電力公司技能培訓(xùn)中心 ③國(guó)網(wǎng)四川省電力公司達(dá)州供電公司 ④西華大學(xué)流體及動(dòng)力機(jī)械教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

針對(duì)一起35kV主變的短路損壞事故，結(jié)合故障記錄、現(xiàn)場(chǎng)勘查與試驗(yàn)資料，準(zhǔn)確揭示了故障的發(fā)生機(jī)理。在此基礎(chǔ)上，對(duì)此次事故暴露出的運(yùn)維檢修管理問題，進(jìn)行了剖析，并提出了針對(duì)性整改措施。本文的工作對(duì)于提升電力變壓器的運(yùn)維檢修水平，具有較為直接具體的參考價(jià)值。

電力變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行水平，不但取決于其設(shè)計(jì)制造水平，更取決于其運(yùn)維檢修質(zhì)量。特別是對(duì)于電網(wǎng)部門而言，更需要加強(qiáng)電力變壓器運(yùn)維檢修人員的相關(guān)履職技能及日常管理工作，方能切實(shí)保障此類設(shè)備的運(yùn)行安全[1-7]。

本文以某35kV變電站的一次真實(shí)的主變短路損壞事故為例，對(duì)故障形成機(jī)理、相關(guān)運(yùn)維檢修及管理措施缺陷，進(jìn)行了綜合分析探討，并提出了針對(duì)性的整改措施。

1 事故經(jīng)過

1.1 事故前的運(yùn)行方式

事件發(fā)生前，ZML35kV變電站（主接線圖見圖1）35kV HYMZ線351、RZ線352、35kV站用變309、35kVⅠ母及PT運(yùn)行，35kVZZ線353熱備用，1、2號(hào)主變并列運(yùn)行，10kV LW線951、LK線952、LX線953、10kVⅠ母及PT運(yùn)行。

圖1 事故前的運(yùn)行接線圖

1.2 事故經(jīng)過及運(yùn)行處置情況

4月21日16時(shí)48分，ZML 35kV變電站2號(hào)主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作（監(jiān)控報(bào)文見圖2），2號(hào)主變高壓側(cè)302開關(guān)跳閘，值班運(yùn)行人員聽到主變場(chǎng)地傳來相當(dāng)尖銳的嗡嗡聲，隨即到變壓器場(chǎng)地查看，發(fā)現(xiàn)聲音來自1、2號(hào)主變本體，同時(shí)從兩臺(tái)主變呼吸器處往外冒油，主變油枕油位明顯上升。16時(shí)49分，值班運(yùn)行人員手動(dòng)拉開10kV LX線953、LK線952開關(guān)，主變異響仍未消失；16時(shí)52分，手動(dòng)拉開2號(hào)主變低壓側(cè)902開關(guān)后，主變異響消失；16時(shí)53分，將1號(hào)主變轉(zhuǎn)為熱備用，并匯報(bào)地調(diào)，隨即對(duì)全站設(shè)備檢查，發(fā)現(xiàn)2號(hào)主變高壓側(cè)302開關(guān)柜出柜處穿墻套管燒毀（短路故障點(diǎn)見圖3）。4月22日，值班運(yùn)行人員對(duì)1號(hào)主變?cè)囁统晒?，并上?bào)國(guó)網(wǎng)A自治州供電公司運(yùn)檢部。

圖2 差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作監(jiān)控報(bào)文

圖3 短路故障點(diǎn)位置

2 事故原因分析

2.1 現(xiàn)場(chǎng)勘查及試驗(yàn)情況

4月23日，公司檢修班到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)1、2號(hào)主變油箱壁、呼吸器及其對(duì)應(yīng)的地面上有大量油跡，運(yùn)行人員反映此油跡為21日故障時(shí)從呼吸器噴出所致，同時(shí)2號(hào)主變瓦斯繼電器內(nèi)集有大量氣體。35kV302開關(guān)柜穿墻套管已嚴(yán)重?zé)龤?，主變低壓?cè)10kV 901、902開關(guān)報(bào)控制回路斷線（相關(guān)現(xiàn)場(chǎng)照片見圖4至圖6）。

圖4 2號(hào)主變噴油油跡

圖5 2號(hào)主變瓦斯繼電器集有大量氣體

圖6 燒毀的套管和燒蝕嚴(yán)重的開關(guān)柜

公司檢修人員隨即對(duì)2號(hào)主變進(jìn)行試驗(yàn)（部分試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1至表7以及圖7與圖8），并對(duì)2號(hào)主變302開關(guān)柜穿墻套管進(jìn)行了更換。經(jīng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，判斷2號(hào)主變已受到短路電流沖擊，內(nèi)部繞組有變形、絕緣損壞和700 ℃及以上過熱跡象，需吊芯做進(jìn)一步檢查和確認(rèn)。由于短路電流經(jīng)由1號(hào)主變流向2號(hào)主變，1號(hào)主變同樣受短路電流沖擊，1號(hào)主變內(nèi)部存在與2號(hào)主變相同情況。

表1 主變繞組連同套管介損、電容量、絕緣電阻測(cè)試數(shù)據(jù)

表2 主變繞組絕緣電阻測(cè)試數(shù)據(jù)

表3 主變變比測(cè)試數(shù)據(jù)

表4 變壓器油油質(zhì)簡(jiǎn)化試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表5 變壓器油色譜分析報(bào)告

表6 2號(hào)主變高壓繞組相關(guān)系數(shù)分析結(jié)果

表7 2號(hào)主變低壓繞組相關(guān)系數(shù)分析結(jié)果

圖7 2號(hào)主變高壓繞組頻率響應(yīng)特征曲線

圖8 2號(hào)主變低壓繞組頻率響應(yīng)特征曲線

2.2 檢修處理情況

4月29日，對(duì)2號(hào)主變實(shí)施吊芯檢查，發(fā)現(xiàn)35kV高壓側(cè)A相繞組變形（圖9），鐵軛和高壓側(cè)C相套管處有疑是“水珠”的油滴（圖10），用紙擦拭后點(diǎn)燃，發(fā)出“噼噼啪啪”聲，結(jié)合變壓器油微水?dāng)?shù)據(jù)（84.45μg/mL），證實(shí)確為水珠，同時(shí)根據(jù)變壓器器身油跡和積灰情況初步判斷進(jìn)水點(diǎn)在高壓側(cè)C相套管法蘭膠墊處。

圖9 2號(hào)主變高壓側(cè)A相繞組變形

圖10 吊芯后發(fā)現(xiàn)含水“油滴”

同時(shí)，二次人員對(duì)主變保護(hù)裝置及10kV902、901開關(guān)檢查發(fā)現(xiàn)，當(dāng)901、902開關(guān)在分位時(shí)，保護(hù)裝置分位指示燈正常；當(dāng)901、902開關(guān)在合位時(shí)，保護(hù)裝置合位指示燈不亮，保護(hù)測(cè)控裝置報(bào)“控制回路斷線”的信號(hào)，檢查開關(guān)本身操作機(jī)構(gòu)控制回路正常，初步判斷為保護(hù)裝置功能異常，保護(hù)動(dòng)作時(shí)不能動(dòng)作出口跳開關(guān)。由于901、902開關(guān)的操作板在后備保護(hù)測(cè)控裝置中，主變差動(dòng)保護(hù)、高后備保護(hù)、低后備保護(hù)動(dòng)作都不能將低壓側(cè)開關(guān)跳開。隨后，檢修人員用線路保護(hù)裝置替代原2號(hào)主變保護(hù)裝置。

另據(jù)現(xiàn)場(chǎng)吊芯檢查，繞組及鐵芯絕緣恢復(fù)正常（2500 MΩ），因此初步排除高、低壓繞組及鐵芯之間絕緣受損可能，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)絕緣電阻過低的主要原因?yàn)橛椭兴趾刻咚?。同時(shí)，發(fā)現(xiàn)變壓器各密封膠墊普遍老化。為查找過熱點(diǎn)，將已變形的高壓側(cè)A相繞組拆卸后，發(fā)現(xiàn)繞組第22層匝間存在短路燒蝕痕跡（圖11）。根據(jù)以上情況，認(rèn)為2號(hào)主變壓器需返廠大修。

圖11 2號(hào)主變高壓側(cè)匝間短路燒蝕痕跡

2.3 事故原因揭示

在此基礎(chǔ)上，通過進(jìn)一步調(diào)查分析，認(rèn)為本次事故主要形成原因在于以下三點(diǎn)。

其一，該變電站35kV高壓室房頂長(zhǎng)期存在多處漏水點(diǎn)，其中一處漏水位置正對(duì)35kV302開關(guān)柜穿墻套管上方（圖12與圖13）。4月21日為大雨天氣，雨水漏至302開關(guān)柜頂部，而穿墻套管在安裝之時(shí)即存在裂口（圖14），雨水經(jīng)裂口進(jìn)入套管內(nèi)部，引起放電擊穿并起弧，最終發(fā)展成短路故障，是本次事件的直接原因。

圖12 35kV高壓室房頂漏水位置示意圖

圖13 35kV開關(guān)柜頂部被漏水銹蝕圖示

圖14 燒毀的穿墻套管及其表面裂口位置

其二、變電站1、2號(hào)主變低壓側(cè)901、902開關(guān)保護(hù)裝置故障，保護(hù)無法出口，2號(hào)主變302開關(guān)柜穿墻套管發(fā)生短路故障，2號(hào)主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作902開關(guān)未分閘，是本次事件的主要原因。

其三、事故發(fā)生前該35kV變電站1、2號(hào)主變高低壓側(cè)并列運(yùn)行，故障發(fā)生后，當(dāng)值運(yùn)行人員先后拉開10kV LX線953、LK線952開關(guān)后再手動(dòng)拉開2號(hào)主變低壓側(cè)902開關(guān)，事故處置不當(dāng)延誤了故障隔離時(shí)間，致使短路時(shí)間持續(xù)4分鐘，故障電流持續(xù)對(duì)1、2號(hào)主變沖擊，造成主變噴油、內(nèi)部繞組變形，是本次事件的重要原因。

3 事故暴露出的問題分析

運(yùn)檢管理部門基于此次故障，針對(duì)其暴露出的運(yùn)維檢修管理問題，進(jìn)行了深入分析，認(rèn)為此次事故之所以發(fā)生，其主要問題在于以下四方面的工作沒有做好。

其一，是隱患排查治理不到位。該變電站35kV高壓室頂部存在漏水隱患，此前已經(jīng)由該站運(yùn)行人員向自治州供電公司進(jìn)行了匯報(bào)，但長(zhǎng)期未得到處理，致使該隱患引發(fā)設(shè)備事件。

其二，是驗(yàn)收工作不到位。該變電站的驗(yàn)收工作存在死角和盲區(qū)，未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)其2號(hào)主變302開關(guān)柜穿墻套管安裝時(shí)存在裂口的問題，導(dǎo)致雨水經(jīng)裂口進(jìn)入套管內(nèi)部引起放電擊穿并起弧，最終發(fā)展成嚴(yán)重短路故障。

其三，是該變電站運(yùn)行管理亟待加強(qiáng)。主要體現(xiàn)在以下四個(gè)方面：一是運(yùn)行人員未按規(guī)定開展特巡。當(dāng)值運(yùn)行人員明知35kV開關(guān)室漏水，卻未在下雨的特殊天氣下開展巡視檢查，也沒有及時(shí)采取主動(dòng)停電避險(xiǎn)措施，造成事故。二是不按規(guī)定開展運(yùn)行日常工作。運(yùn)行日志缺“兩票三制”等運(yùn)行信息記錄；缺陷記錄亦不完整，901，902開關(guān)保護(hù)裝置合位指示燈不亮、保護(hù)測(cè)控裝置報(bào)“控制回路斷線”等重大缺陷居然未上缺陷記錄；未按規(guī)定定期組織開展事故預(yù)想、反事故演習(xí)等工作。三是運(yùn)行人員事故處置能力欠缺。故障發(fā)生后，當(dāng)值運(yùn)行人員拉開10kV LX線953、LK線952開關(guān)后，再手動(dòng)拉開2號(hào)主變低壓側(cè)902開關(guān)，事故處置不當(dāng)，延誤了故障隔離時(shí)間，反應(yīng)出運(yùn)行人員故障判斷、處置能力欠缺。

其四，是檢修管理不到位。主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：一是按照公司設(shè)備運(yùn)維有關(guān)規(guī)定，35kV變電站設(shè)備運(yùn)行檢修工作均由各縣公司負(fù)責(zé)，自該35kV變電站建成投運(yùn)以來，其所屬縣公司居然未對(duì)該站設(shè)備實(shí)施過檢修預(yù)試工作。二是對(duì)設(shè)備缺陷尤其是保護(hù)測(cè)控裝置報(bào)“控制回路斷線”的危急缺陷，未按缺陷管理辦法規(guī)定進(jìn)行閉環(huán)管理，更未做到按期消缺。

4 相關(guān)整改措施

基于上述分析，提出以下針對(duì)性整改措施。

其一，切實(shí)開展隱患排查治理工作。具體措施包括以下四點(diǎn)：一是針對(duì)此次主變近區(qū)短路造成設(shè)備事件，組織開展防近區(qū)短路專項(xiàng)隱患排查治理，防止變壓器等主設(shè)備事件。二是結(jié)合日常運(yùn)維檢修、春秋安檢查、專項(xiàng)活動(dòng)等工作，“有計(jì)劃、分層次、無死角”地對(duì)輸變電設(shè)備設(shè)施開展安全隱患排查，落實(shí)隱患排查治理常態(tài)機(jī)制。三是嚴(yán)格按照隱患治理“五落實(shí)”規(guī)定，實(shí)施建檔管理和治理。四是結(jié)合實(shí)際編制年度反事故措施計(jì)劃，以及安全技術(shù)勞動(dòng)保護(hù)措施計(jì)劃，安排、落實(shí)所需資金，對(duì)重大缺陷、隱患進(jìn)行整治，加快老舊設(shè)備的技術(shù)改造，增強(qiáng)設(shè)備可靠性。

其二、強(qiáng)化驗(yàn)收工作。必須嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)化驗(yàn)收規(guī)定和要求，開展新建、改擴(kuò)建及檢修預(yù)試驗(yàn)收，杜絕遺留缺陷。

其三、嚴(yán)格落實(shí)變電運(yùn)行相關(guān)規(guī)定。具體措施包括以下三點(diǎn)：一是嚴(yán)格執(zhí)行“兩票三制”，無遺漏做好運(yùn)行、缺陷記錄。二是加大對(duì)老舊設(shè)備及超負(fù)荷工況運(yùn)行設(shè)備的特殊巡視力度，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷，嚴(yán)格設(shè)備缺陷閉環(huán)管理。三是加大對(duì)運(yùn)行人員培訓(xùn)力度，按規(guī)定定期組織開展事故預(yù)想、反事故演習(xí)等工作，提供運(yùn)行人員變電運(yùn)行技術(shù)技能水平及事故處置能力。

其四、加強(qiáng)檢修管理。具體措施包括以下兩點(diǎn)：一是充分利用內(nèi)地對(duì)口支援民族地區(qū)電力建設(shè)工作的契機(jī)，協(xié)調(diào)、借助對(duì)口援建單位力量和資源，逐步對(duì)35kV變電站設(shè)備一次全面的檢修預(yù)試工作，提供設(shè)備健康水平。二是嚴(yán)格按照缺陷管理辦法規(guī)定對(duì)設(shè)備缺陷進(jìn)行閉環(huán)管理、按期消缺。

5 結(jié)語

電力變壓器的運(yùn)維檢修質(zhì)量，對(duì)于其安全穩(wěn)定運(yùn)行水平，有著舉足輕重的影響。只有全面抓好驗(yàn)收工作管理、隱患排查治理、日常巡視履職培訓(xùn)、狀態(tài)檢修管理等一系列工作，方能全面可靠地保證其運(yùn)行安全。特別是對(duì)于民族地區(qū)的此類工作，更需要高度重視，方能對(duì)其可持續(xù)良性發(fā)展，提供更為優(yōu)質(zhì)、可靠的清潔電能保障。