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錦山變電站高壓開關室弧光短路暨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

第一部分事故經過

2002年8月22日下午，錦山地區下起了暴雨，變電站上空電閃雷鳴。

19時09分，10千伏大牛群線5334開關速斷保護動作跳閘，未強送。

19時11分，10千伏龍山線5336開關速斷保護動作跳閘，未強送。

19時17分，10千伏錦工甲線5331開關過流、速斷保護動作跳閘，未強送。

19時20分，66千伏西錦線5316開關速斷保護動作跳閘，未強送。

19時21分，66千伏錦十線5314開關速斷保護動作跳閘，未強送。

19時21分，10千伏錦農線5337開關過流、速斷保護動作跳閘，未強送。

19時24分，變電站上空出現了持續不斷雷電閃光并伴隨著陣陣雷聲，隨即10千伏高壓開關室內發生了弧光短路，持續了數秒鐘后，赤一變339開關跳閘，錦山變電站失壓弧光同時熄滅。0.5秒后，赤一變339開關自動重合閘成功，變電站的電源恢復。事后查出，發生弧光短路的位置在：10千伏火葬場線5333甲刀閘電源側的觸頭與10千伏C相母線之間。

19時25分，10千伏火葬場線5333開關速斷保護動作跳閘，未強送。值班員根據當時的情況立即采取緊急措施：拉開10千伏101站線5335開關；拉開10千伏錦工乙線5338開關；拉開2^#主變10千伏進線5322開關。此時，變電站除10千伏1^＃主變進線開關在合位，其余的10千伏各出線開關和2^#主變10千伏進線開關均在開位。

19時28分，當變電站上空出現更強烈的雷電閃光并傳來震耳的雷聲時，火葬場線5333甲刀閘電源側的靜觸頭與10千伏C相母線之間，再一次發生了弧光短路。隨即，1^＃主變瓦斯繼電器動作，輕瓦斯信號繼電器掉牌，1^＃主變過流保護動作跳閘；

次日早5時20分左右，值班員檢查66千伏高壓開關場，發現66千伏避雷器B相記錄器動作一次。經有關人員檢測，1^＃主變二次對地絕緣擊穿。

第二部分發生事故的原因分析

第一次弧光短路的原因與分析

錦山變電站10千伏側全部為“兩線一地”的供電方式，主變采用B相接地，接地點就

在主變B相的輸出端。但是，10千伏母線均按三相敷設，而且10千伏各出線都有一段長度不等架空的“假三線”(架空的B相并不帶電)。當出線的甲、乙刀閘及開關都在合位時，架空的“假”B相線實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，地勢較高（其中：龍山線、大牛群線、火葬場線和101站線尤為突出），所以遭受雷擊的頻率高。因此，應在變電站10千伏出線端架空的“假”B相裝設避雷器，或者在出線端將架空的“假”B相與室內母線斷開，并引至站外設獨立接地裝置接地。

可是，該變電站10千伏各出線架空的”假”B相既沒有裝設避雷器，也沒與室內的母線斷開。所以在19時24分，當雷直接擊中或間接擊中正在運行中的某一10千伏出線的“假”B相時，雷電流波沿架空導線→出線乙刀閘→出線開關→出線甲刀閘→10千伏母線→接地裝置流入大地。當雷電流通過以上導體流入大地時產生了很高的電壓降，因此就形成了雷電過電壓。由于火葬場5333甲刀閘電源側的觸頭與C相母線之間的距離稍小些（此距離符合規程要求，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（絕緣強度）低于雷電過電壓值，從而導致了弧光短路。其物理過程：

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

通過事故記錄和事故現象以及上述的分析，可以確定：雷直接擊中10千伏架空未裝設避雷器的“假”B相導線、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28分，因雷擊而引發的第二次弧光短路,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。因為，事故時僅有1^＃主變進線的甲、乙刀閘和開關在合位，而其余的開關均在開位，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。

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

雷直接擊中66千伏線路的B相導線，雷電流波沿導線→進線甲刀閘→進線開關→進線乙刀閘→66千伏母線→避雷器內部間隙→避雷器內部非線性電阻元件（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；沖擊電流經閥片流入大地所產生的電壓降（又稱為殘壓），其峰值高達227千伏。由于66千伏設備的沖擊耐壓值高于66千伏避雷器殘壓的峰值，所以設備得以保護。

可是這一殘壓峰值卻大大高于10千伏設備的沖擊耐壓值。對于10千伏側三線供電的變電站，由于其66千伏設備與10千伏設備之間并沒有“電”的直接聯系，所以66千伏避雷器的殘壓不會造成10千伏設備的雷電過電壓，因此也不會發生10千伏側弧光短路的事故。

但是由于該站10千伏側“兩線一地”供電的特殊性，所以當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的B相聯接到一起，構成了66千伏設備與10千伏設備之間“電“的直接聯系，因此66千伏避雷器的殘壓能夠直接作用于10千伏設備；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。但由于短路點在10千伏母線，根據赤峰電業局提供的系統參數和5000千伏安1^＃主變的參數計算得知：母線三相短路的短路電流高達2500安以上，在持續了數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力，并在其內部產生了較高的溫度。

由于形成第二次雷電過電壓的峰值達到主變二次繞組沖擊耐壓值的5倍，導致了B相二次繞組與鐵芯和“地”之間的電擊穿，并造成了內部短路接地。在外部短路電流和內部短路電流的共同作用下，更大的電動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）