一起雷擊引起的35 kV變壓器運行故障分析

陳 杰

(國網(wǎng)四川省電力公司瀘州市瀘川供電分公司，四川 瀘州 646000)

0 引言

變壓器是電力系統(tǒng)中最重要的設(shè)備之一，擔(dān)負(fù)著電能轉(zhuǎn)換和傳輸?shù)闹匾饔谩Ｗ儔浩鞯恼＿\行是電力系統(tǒng)安全、可靠運行的重要保證，因此必須最大限度地防止和減少變壓器故障的發(fā)生。變壓器工作異常大多是絕緣系統(tǒng)故障造成的。在影響變壓器絕緣性能的諸多因素中，雷電過電壓的影響最大。雷電過電壓由于波頭陡，易引起縱絕緣上電壓分布很不均勻，可能在絕緣上留下放電痕跡，從而使固體絕緣受到破壞。因此，針對一起雷擊引起35 kV變壓器比率差動保護(hù)、本體重瓦斯保護(hù)跳閘故障，結(jié)合繼電保護(hù)動作、化學(xué)、高壓試驗和返廠吊心檢查，分析故障原因。

1 故障概況

某35 kV變電站35 kV母線為單母線分段接線方式，每段母線上有一回35 kV進(jìn)線，共2段母線，均為電纜線路。35 kV母線上有2臺35 kV變壓器，分別連接在2段母線上。

故障前，該站由35 kV Ⅱ母35 kV線路供電，35 kV母分開關(guān)在合閘位置，2臺35 kV變壓器并列運行，2臺主變壓器位于1檔，其運行方式如圖1所示。

圖1 某35 kV變電站運行方式

該站35 kV 1號主變壓器型號為S9-10000/35，2004年4月出廠。2019-07-20T06：42，1號主變比率差動保護(hù)動作，非電量保護(hù)本體重瓦斯動作，跳開1號主變高壓側(cè)301斷路器、低壓側(cè)901斷路器，同時主變本體輕瓦斯也發(fā)出跳閘信號。

2 現(xiàn)場檢查及試驗情況

故障發(fā)生后，對故障變壓器及其保護(hù)裝置開展繼保、檢修、化學(xué)等檢查及診斷試驗。

2.1 保護(hù)裝置及監(jiān)控系統(tǒng)信息

結(jié)合差動保護(hù)裝置DF3333E、后臺監(jiān)控系統(tǒng)等裝置報告，得到1號主變壓器比率差動保護(hù)定值單(見表1)。

表1 1號主變比率差動保護(hù)定值單

根據(jù)保護(hù)定值單，繪制變壓器比率差動保護(hù)動作特性曲線，如圖2所示。

圖2 變壓器比率差動保護(hù)動作特性曲線

根據(jù)上述變壓器比率差動保護(hù)動作特征曲線分析，動作時B相差動電流4.912 A，B相制動電流4.206 A，該點位于動作區(qū)段內(nèi)(AB線條上方)，動作正確；C相動作情況類似，動作正確。故判定B，C相繞組故障。

2.2 主變本體檢查

主變本體上瓦斯繼電器中油位只有1 cm高，說明變壓器內(nèi)部產(chǎn)生了大量氣體。由于未安裝采氣盒，故對本體瓦斯繼電器氣塞進(jìn)行排氣，氣體有臭味。主變壓器其余各處均無放電痕跡，外觀無異常。故判斷本次主變兩側(cè)斷路器動作不是誤動，懷疑變壓器內(nèi)部存在故障。

2.3 診斷試驗

2.3.1 變壓器油色譜分析

從主變壓器下部抽樣活門處取兩支油樣進(jìn)行色譜分析。根據(jù)油樣分析，油中H2含量316.63 μL/L，C2H2含量161.58 μL/L，總烴476.67 μL/L，超過DL/T 722—2014《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則》中H2不大于150 μL/L，C2H2不大于5 μL/L，總烴不大于150 μL/L的要求，其他氣體含量也有明顯增長。初步判斷變壓器內(nèi)部存在電弧放電。

2.3.2 高壓試驗

對變壓器進(jìn)行繞組直流電阻試驗、絕緣電阻及吸收比測試，試驗結(jié)果見表2～4。

表2 高壓繞組直流電阻試驗結(jié)果

表3 低壓繞組直流電阻試驗結(jié)果

表4 繞組絕緣電阻

根據(jù)國網(wǎng)Q/GDW 168—2008《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗規(guī)程》，變壓器處于1檔，高、低壓繞組直流電阻試驗結(jié)果合格，繞組電阻相間互差不大于2 %。與出廠數(shù)據(jù)相比，同一溫度下阻值相差不大。高、低壓繞組絕緣電阻值和上次試驗值相比無顯著下降，但高壓繞組對低壓繞組及地吸收比顯著下降，初步懷疑高壓繞組內(nèi)部存在故障。

2.3.3 返廠吊心檢查

為驗證分析結(jié)論，將1號主變壓器返回變壓器廠進(jìn)行吊心檢查。吊芯后發(fā)現(xiàn)無勵磁分接開關(guān)有放電燒毀現(xiàn)象，B，C相引線有放電擊穿現(xiàn)象，B，C相線圈有變形移位現(xiàn)象，部分線圈匝間距離變小、變形，鐵心接地銅片變色等現(xiàn)象。綜合吊心檢查結(jié)果分析認(rèn)為，B，C相引線放電擊穿，通過外殼發(fā)生接地短路，與差動保護(hù)裝置動作情況吻合，同時與變壓器油色譜分析結(jié)果吻合，故判斷變壓器內(nèi)部為電弧放電，導(dǎo)致差動保護(hù)和重瓦斯保護(hù)動作，主變兩側(cè)斷路器跳閘。

3 故障原因分析

結(jié)合上述檢查結(jié)果及當(dāng)天的雷雨天氣分析，認(rèn)為本次主變壓器故障是由于雷擊導(dǎo)致變壓器電弧放電。變壓器電弧放電是高能量放電，放電能量密度大，產(chǎn)氣急劇，能使絕緣紙穿孔、燒焦或炭化，使金屬材料變形或融化燒毀，導(dǎo)致繞組層間絕緣擊穿造成引線斷裂或?qū)Φ亻W絡(luò)、分接開關(guān)飛弧等故障，嚴(yán)重時會造成設(shè)備燒損，甚至發(fā)生爆炸故障。這種故障一般事先難以預(yù)測，也無明顯預(yù)兆，常以突發(fā)的形式暴露出來。本次故障就是因雷電擊中變壓器高壓端頭，瞬間產(chǎn)生高電壓、強電流至分接開關(guān)導(dǎo)致放電，同時引起B(yǎng)，C相線圈引線處線圈擊穿短路，放電電弧使部分變壓器油分解，產(chǎn)生大量氣體，同時由于溫度急劇升高，導(dǎo)致鐵心接地銅片變色；大電流使變壓器繞組部分變形。

根據(jù)GB/T 50064—2014《交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合設(shè)計規(guī)范》，10～35 kV配電系統(tǒng)中配電變壓器的高壓側(cè)應(yīng)靠近變壓器裝設(shè)金屬氧化物避雷器，低壓側(cè)宜裝設(shè)一組金屬氧化物避雷器，以防止反變換波和低壓側(cè)雷擊侵入波擊穿絕緣?，F(xiàn)場低壓側(cè)按要求裝設(shè)了一組金屬氧化物避雷器，而高壓側(cè)金屬氧化物避雷器并未裝設(shè)在靠近變壓器高壓側(cè)的位置，僅僅在室內(nèi)的35 kV母線上有一組金屬氧化物避雷器，這是造成本次故障的主要原因。

4 變壓器防雷措施

近年來，35 kV變壓器雷害故障多發(fā)，甚至在一臺變壓器上重復(fù)發(fā)生。為防止35 kV級變壓器運行狀況日趨惡化以及避免變壓器繞組過電壓時被擊穿，主要采用以下措施提高過電壓保護(hù)能力。

(1) 改進(jìn)變壓制造環(huán)節(jié)。一是加強絕緣，主要是加厚線的絕緣層；二是改善匝間電容，在線端端部加裝靜電板或靜電圈，增加附加電容，改善電壓分布；三是選用復(fù)合型分接開關(guān)，采用中部調(diào)壓。

(2) 加強變電站防雷保護(hù)。一是在變電站理論最佳位置安裝避雷針，使變壓器等設(shè)備都處于避雷針保護(hù)范圍內(nèi)，避雷針宜設(shè)獨立的接地裝置并定期開挖檢查和測試，對不符合規(guī)定的接地裝置及時整治；二是在變壓器的所有繞組出線上裝設(shè)金屬氧化物避雷器，雷電侵入時避雷器動作，變壓器絕緣層只需承受避雷器的殘壓作用；三是避雷器的接地引下線盡量短，避雷器與被保護(hù)的變壓器之間電氣距離應(yīng)符合GB/T 50064—2014《交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合設(shè)計規(guī)范》不大于5 m的要求。

5 結(jié)束語

對于35 kV變電站，運維單位一般通過加強變電站防雷措施提高變電站設(shè)備防雷能力，如加強變電站獨立避雷針接地電阻檢測，接地電阻應(yīng)不大于10 Ω；定期(時間間隔不宜超過5年)通過開挖檢查等手段確定接地裝置的腐蝕情況，如發(fā)現(xiàn)接地裝置腐蝕較為嚴(yán)重，應(yīng)及時處理；在變電站進(jìn)出線間隔入口處及變壓器各進(jìn)、出線側(cè)加裝金屬氧化物避雷器等措施。因此，該變電站結(jié)合現(xiàn)場情況，在靠近變壓器高壓側(cè)增設(shè)了一組金屬氧化物避雷器。