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錦山變電站高壓開關(guān)室弧光短路暨1＃主變燒毀事故的原因與分析

2020-04-14

錦山變電站高壓開關(guān)室弧光短路暨

1^＃主變燒毀事故的原因與分析

第一部分事故經(jīng)過

2002年8月22日下午，錦山地區(qū)下起了暴雨，變電站上空電閃雷鳴。

19時(shí)09分，10千伏大牛群線5334開關(guān)速斷保護(hù)動(dòng)作跳閘，未強(qiáng)送。

19時(shí)11分，10千伏龍山線5336開關(guān)速斷保護(hù)動(dòng)作跳閘，未強(qiáng)送。

19時(shí)17分，10千伏錦工甲線5331開關(guān)過流、速斷保護(hù)動(dòng)作跳閘，未強(qiáng)送。

19時(shí)20分，66千伏西錦線5316開關(guān)速斷保護(hù)動(dòng)作跳閘，未強(qiáng)送。

19時(shí)21分，66千伏錦十線5314開關(guān)速斷保護(hù)動(dòng)作跳閘，未強(qiáng)送。

19時(shí)21分，10千伏錦農(nóng)線5337開關(guān)過流、速斷保護(hù)動(dòng)作跳閘，未強(qiáng)送。

19時(shí)24分，變電站上空出現(xiàn)了持續(xù)不斷雷電閃光并伴隨著陣陣?yán)茁暎S即10千伏高壓開關(guān)室內(nèi)發(fā)生了弧光短路，持續(xù)了數(shù)秒鐘后，赤一變339開關(guān)跳閘，錦山變電站失壓弧光同時(shí)熄滅。0.5秒后，赤一變339開關(guān)自動(dòng)重合閘成功，變電站的電源恢復(fù)。事后查出，發(fā)生弧光短路的位置在：10千伏火葬場(chǎng)線5333甲刀閘電源側(cè)的觸頭與10千伏C相母線之間。

19時(shí)25分，10千伏火葬場(chǎng)線5333開關(guān)速斷保護(hù)動(dòng)作跳閘，未強(qiáng)送。值班員根據(jù)當(dāng)時(shí)的情況立即采取緊急措施：拉開10千伏101站線5335開關(guān)；拉開10千伏錦工乙線5338開關(guān)；拉開2^#主變10千伏進(jìn)線5322開關(guān)。此時(shí)，變電站除10千伏1^＃主變進(jìn)線開關(guān)在合位，其余的10千伏各出線開關(guān)和2^#主變10千伏進(jìn)線開關(guān)均在開位。

19時(shí)28分，當(dāng)變電站上空出現(xiàn)更強(qiáng)烈的雷電閃光并傳來震耳的雷聲時(shí)，火葬場(chǎng)線5333甲刀閘電源側(cè)的靜觸頭與10千伏C相母線之間，再一次發(fā)生了弧光短路。隨即，1^＃主變瓦斯繼電器動(dòng)作，輕瓦斯信號(hào)繼電器掉牌，1^＃主變過流保護(hù)動(dòng)作跳閘；

次日早5時(shí)20分左右，值班員檢查66千伏高壓開關(guān)場(chǎng)，發(fā)現(xiàn)66千伏避雷器B相記錄器動(dòng)作一次。經(jīng)有關(guān)人員檢測(cè)，1^＃主變二次對(duì)地絕緣擊穿。

第二部分發(fā)生事故的原因分析

第一次弧光短路的原因與分析

錦山變電站10千伏側(cè)全部為“兩線一地”的供電方式，主變采用B相接地，接地點(diǎn)就

在主變B相的輸出端。但是，10千伏母線均按三相敷設(shè)，而且10千伏各出線都有一段長(zhǎng)度不等架空的“假三線”(架空的B相并不帶電)。當(dāng)出線的甲、乙刀閘及開關(guān)都在合位時(shí)，架空的“假”B相線實(shí)際上等同于一條避雷線（架空地線）。

由于地形所致，10千伏各出線的通道都在變電站的后山上，地勢(shì)較高（其中：龍山線、大牛群線、火葬場(chǎng)線和101站線尤為突出），所以遭受雷擊的頻率高。因此，應(yīng)在變電站10千伏出線端架空的“假”B相裝設(shè)避雷器，或者在出線端將架空的“假”B相與室內(nèi)母線斷開，并引至站外設(shè)獨(dú)立接地裝置接地。

可是，該變電站10千伏各出線架空的”假”B相既沒有裝設(shè)避雷器，也沒與室內(nèi)的母線斷開。所以在19時(shí)24分，當(dāng)雷直接擊中或間接擊中正在運(yùn)行中的某一10千伏出線的“假”B相時(shí)，雷電流波沿架空導(dǎo)線→出線乙刀閘→出線開關(guān)→出線甲刀閘→10千伏母線→接地裝置流入大地。當(dāng)雷電流通過以上導(dǎo)體流入大地時(shí)產(chǎn)生了很高的電壓降，因此就形成了雷電過電壓。由于火葬場(chǎng)5333甲刀閘電源側(cè)的觸頭與C相母線之間的距離稍小些（此距離符合規(guī)程要求，只是與其它同一位置的距離相比稍小些），此間的大氣耐壓值（絕緣強(qiáng)度）低于雷電過電壓值，從而導(dǎo)致了弧光短路。其物理過程：

首先是5333甲刀閘電源側(cè)的B相觸頭與C相母線之間發(fā)生氣體放電，在很高的雷電電壓波的作用下，隨即形成了兩相弧光短路，并迅速擴(kuò)大為三相弧光短路。直到赤一變339開關(guān)跳閘后，變電站失壓弧光才熄滅。

通過事故記錄和事故現(xiàn)象以及上述的分析，可以確定：雷直接擊中10千伏架空未裝設(shè)避雷器的“假”B相導(dǎo)線、雷電流波的峰值高以及該變電站接地裝置的接地電阻偏大，是造成雷電過電壓并引發(fā)第一次弧光短路的直接原因。

第二次弧光短路的原因分析

19時(shí)28分，因雷擊而引發(fā)的第二次弧光短路,是由于66千伏線路的B相落雷而絕非10千伏出線的“假”B相落雷。因?yàn)椋鹿蕰r(shí)僅有1^＃主變進(jìn)線的甲、乙刀閘和開關(guān)在合位，而其余的開關(guān)均在開位，所以不可能是10千伏出線落雷，只能是66千伏線路落雷。通過66千伏避雷器B相記錄器的落雷記錄也可證明這一點(diǎn)。

同樣是雷擊引發(fā)了弧光短路，但是其物理過程和結(jié)果卻大相徑庭。分析第二次雷擊并引發(fā)弧光短路的原因及物理過程：

雷直接擊中66千伏線路的B相導(dǎo)線，雷電流波沿導(dǎo)線→進(jìn)線甲刀閘→進(jìn)線開關(guān)→進(jìn)線乙刀閘→66千伏母線→避雷器內(nèi)部間隙→避雷器內(nèi)部非線性電阻元件（又稱閥片）→接地裝置流入大地。

66千伏避雷器間隙擊穿放電電壓（工頻放電電壓）的有效值為140～173千伏；沖擊電流經(jīng)閥片流入大地所產(chǎn)生的電壓降（又稱為殘壓），其峰值高達(dá)227千伏。由于66千伏設(shè)備的沖擊耐壓值高于66千伏避雷器殘壓的峰值，所以設(shè)備得以保護(hù)。

可是這一殘壓峰值卻大大高于10千伏設(shè)備的沖擊耐壓值。對(duì)于10千伏側(cè)三線供電的變電站，由于其66千伏設(shè)備與10千伏設(shè)備之間并沒有“電”的直接聯(lián)系，所以66千伏避雷器的殘壓不會(huì)造成10千伏設(shè)備的雷電過電壓，因此也不會(huì)發(fā)生10千伏側(cè)弧光短路的事故。

但是由于該站10千伏側(cè)“兩線一地”供電的特殊性，所以當(dāng)66千伏線路遭受雷擊后，通過雷電流波把66千伏避雷器、變電站接地裝置和主變二次側(cè)的B相聯(lián)接到一起，構(gòu)成了66千伏設(shè)備與10千伏設(shè)備之間“電“的直接聯(lián)系，因此66千伏避雷器的殘壓能夠直接作用于10千伏設(shè)備；由于66千伏避雷器的殘壓峰值高以及該變電站接地裝置的接地電阻偏大，所以形成了雷電過電壓，這就是發(fā)生第二次弧光短路的直接原因。

三、1^＃主變燒毀的原因分析

第一次雷電過電壓的有效值低于主變二次繞組的耐壓值，故沒形成電擊穿。但由于短路點(diǎn)在10千伏母線，根據(jù)赤峰電業(yè)局提供的系統(tǒng)參數(shù)和5000千伏安1^＃主變的參數(shù)計(jì)算得知：母線三相短路的短路電流高達(dá)2500安以上，在持續(xù)了數(shù)秒且如此大的短路電流作用下，1^＃主變的一、二次繞組承受了很大的電動(dòng)力，并在其內(nèi)部產(chǎn)生了較高的溫度。

由于形成第二次雷電過電壓的峰值達(dá)到主變二次繞組沖擊耐壓值的5倍，導(dǎo)致了B相二次繞組與鐵芯和“地”之間的電擊穿，并造成了內(nèi)部短路接地。在外部短路電流和內(nèi)部短路電流的共同作用下，更大的電動(dòng)力和更高的溫度再次疊加到主變繞組上。首先是二次繞組的層間熱擊穿，而后是一、二次繞組之間的熱擊穿，最終導(dǎo)致主變繞組燒毀。

通過以上的分析可知：直擊雷形成的66千伏避雷器殘壓和“兩線一地”供電的特殊性，共同構(gòu)成了主變燒毀的直接原因。

二00二年九月三日（初稿）

二00三年七月十九日（修改定稿）