雷击引发的变压器故障分析

郭华张海宁理玉华徐立明石伟

（1 许继集团成都交大许继电气有限责任公司，四川成都 610031；2辽宁清河发电有限责任公司，辽宁铁岭 112003；3许继电气股份有限公司，河南许昌 461000）

雷击引发的变压器故障分析

郭华1张海宁2理玉华3徐立明3石伟3

（1 许继集团成都交大许继电气有限责任公司，四川成都 610031；2辽宁清河发电有限责任公司，辽宁铁岭 112003；3许继电气股份有限公司，河南许昌 461000）

某电厂一次雷击事故，造成两台变压器间隙击穿，其中一台变压器出现故障并出现变压器差动保护快速动作。通过检查现场信息以及分析故障前后的波形相关数据，得出匝间故障是造成本次差动保护动作的原因。通过对故障过程以及保护动作原因进行分析，本文提出了一些建议，对该类问题的分析与解决提供一定的参考。

雷击；匝间故障；间隙击穿

某电厂一次雷击引起高压侧C相接地故障，同时造成两台变压器间隙击穿，并在切除C相接地故障时造成其中一台变压器绝缘损坏。通过分析和现场检查，发现是变压器C相匝间出现故障。本文对过电压问题进行必要分析，并给出了相应的意见供大家参考。

1 故障前运行状态

系统由1号机组和2号机组分别向系统供电，3号主变空载带3号高厂变运行，3号发电机出口断路器在分闸位置。1、2、3号主变共同并列运行，2号主变中性点直接接地，如图1所示。

2 故障时现场情况

15：27.32.373 分由于外部雷击出线C相故障，220KV线路分相差动保护出口及纵联保护动作，跳开出线断路器C相，保护动作后1 791ms单重合闸出口，重合成功。

图1 故障前系统示意图

在此期间15：27.32.426分1号主变两套差动保护同时动作，跳开1号主变高压侧断路器，使1号机组甩负荷停机解列。15：27.32.851分3号主变高压侧零序间隙保护动作，跳开3号主变高压侧断路器，使3号机组甩负荷停机解列。2号发变组无任何保护动作，一直正常运行。

15：27.32.373 分由于外部雷击出线C相故障，220KV线路分相差动保护出口及纵联保护动作，跳开出线断路器C相，保护动作后1 791ms单重合闸出口，重合成功。

在此期间15：27.32.426分1号主变两套差动保护同时动作，跳开1号主变高压侧断路器，使1号机组甩负荷停机解列。15：27.32.851分3号主变高压侧零序间隙保护动作，跳开3号主变高压侧断路器，使3号机组甩负荷停机解列。2号发变组无任何保护动作，一直正常运行。

事故后组织检查发现，1号主变两套差动保护装置均报主变B、C相差动故障，1号主变非电量保护报轻瓦斯保护动作。3号主变两套保护均报主变高压侧间隙零序保护动作，且保护动作均相同数值。（详细的数值请查看保护报告），同时发现主变中性点避雷器读数由原来04变为05。

3 变压器故障分析

3.1 保护动作报告

3.1.1 故障名称：本体轻瓦斯动作。动作时间:3 2ms。

3.1.2 故障名称：主变比率差动。故障相别：BN；动作时间:26ms；保护故障序号：570。

①高压侧A相电流：0.35∠270.35A.

②高压侧B相电流：0.14∠233.87A。

③高压侧C相电流：0.47∠80.32A。

④低压侧A相电流：0.34∠90.33A。

⑤低压侧B相电流：0.40∠289.32A。

⑥低压侧C相电流：0.14∠163.29A。

⑦A相差动电流：0.01A。

⑧A相制动电流：0.34A。

⑨B相差动电流：0.49A。

⑩10B相制动电流：0.17A。

(11) C相差动电流：0.50A。

(12)相制动电流：0.23A。

3.1.3 故障名称：主变比率差动；故障相别：CN；动作时间:26ms；保护故障序号：571；

①高压侧A相电流：0.35∠270.35A。

②高压侧B相电流：0.14∠233.87A。

③高压侧C相电流：0.47∠80.32A。

④低压侧A相电流：0.34∠90.33A。

⑤低压侧B相电流：0.40∠289.32A。

⑥低压侧C相电流：0.14∠163.29A。

⑦A相差动电流：0.01A。

⑧A相制动电流：0.34A。

⑨B相差动电流：0.49A。

⑩B相制动电流：0.17A。

(11)相差动电流：0.50A。

(12)C相制动电流：0.23A。

3.1.4 故障名称：高压侧间隙零序保护；动作时间: 506ms；保护故障序号1131。

①高压侧间隙零序电流：1.31∠287A。

②高压侧开口三角电压：8.43∠359V。

根据报告和现场监控信息，差动和轻瓦斯几乎同时动作，间隙保护后动和保护设计及有关定值设定相吻合。

保护定值

图2 高压侧C相接地故障波形图

图3 变压器故障保护动作时波形图

3.2 故障原因分析

从图2可知，高压侧C相线路接地故障时，C相电流很大，达到3倍额定电流以上，此时差动保护差流接近为0，制动电流很大。间隙也被迅速击穿，二次零序电流达到10A左右。

从图3可知，高压侧C相线路接地故障切除后，差流迅速增加，制动电流很小，发生内部故障特征明显，保护正常动作，接地故障切除后零序电流从10A左右降到小于2A，高压侧零序电压从60V左右降为10V左右，1号主变切除后零序电压变为8V左右并一直持续。

图4 变压器两侧电流转角后波形图

从图4可知，电流转角后可得变压器故障时：变压器高、低压侧A、B相电流方向相反，差流接近为0；高、低压侧C相电流方向接近同向，内部故障特征明显，本次故障可初步判定为C相匝间故障。

3.2.1 故障点实物照片

图5 故障实物照片

图5为变压器故障点实物照片，照片上部为整体照片，下部为局部照片。从照片上可明显看到绝缘破坏处的痕迹。

3.2.2 事故过程说明

一般直接接地系统，线路单相故障时，线路保护跳开故障相，主变间隙不会被击穿，间隙保护不会动作。本次雷击C相线路故障时，对变压器产生的冲击电压大于变压器间隙的击穿电压，两台变压器间隙几乎同时被击穿，随后在线路非全相运行中，产生的零序电流经过2号主变中性点接地点和1号、3号主变的间隙形成回路，1号主变跳闸后，3号主变中性点的电压仍高于熄弧电压，间隙持续击穿，直至间隙保护动作。

3.3 间隙击穿和绝缘损害原因分析

发生雷击或进行开关操作时，相应电气设备上都可能产生以流动波形式的高电压波。对于变化速度很快频率很高的高电压波，相应的电气参数必须用分布参数电路来分析。以1.2μS标准波头雷电波为例，波长λ=vH= 360m，可知在很短距离内传输电气上的两点就可能相差峰值电压，对绝缘威胁较大，当高电压波在电气传输中发生反射等其他叠加影响时，过电压危害可能更大。

根据《继电保护和安全自动装置技术规程》和《大型发电机变压器继电保护整定计算导则》相关参考规定：当变压器所接的电力网失去接地中性点，又发生单相接地故障时，间隙保护动作，经0.3s～0.5s时限动作断开变压器各侧断路器，本次间隙保护延时为0.5s，保护动作属正确行为[1]。间隙保护原是侧重对电力网失去接地中性点为保护设备安全而设计配置的。一般认为对于大电流接地系统，单相接地故障很难引起间隙击穿[2]。而本次故障，两台主变间隙均击穿，并在重合闸前的非全相运行中一直持续，故障情况也很典型。

由于在大电流接地系统以有效接地方式运行情况下，中性点暂态过电压较高时间隙仍可能被击穿，国内已发生多起类似事故，部分维护人员认为是变压器中性点间隙距离设置过小，在事故后增大变压器中性点间隙距离，这种处理措施是错误的。

间隙放电（或避雷器防雷）等过电压绝缘防护设计是为了保护电气绝缘不受损坏，相应的安装是按照被保护设备的绝缘等级设计安装的。只要间隙安装符合设计要求，重新改变间隙距离将引起该绝缘防护设计的失败。要减少间隙被击穿的次数需从引起过电压的原因着手，不论是在雷击还是操作过电压等原因引起间隙击穿，仅仅说明该间隙设计能有效起到释放高电压冲击的作用，使电气设备减少过电压冲击持续时间和降低绝缘疲劳的作用，但间隙被击穿，并不一定能保证电气设备是完好无损的，本次事故也证明了这一点。

4 结论

综上所述，笔者认为多雷区特别是南方强雷区电厂应对主要出线避雷设施等加强检查，可有效减少对电厂设备的冲击。另外，可考虑将间隙保护延时加长到1.5s左右，或根据运行经验设定较长延时和出线重合闸保护配合,减少跳闸机会，但需要综合考虑系统接地被切除后，无接地点时的保护运行配合问题。

［1］王维俭.电气主设备继电保护原理与应用（第二版）［M］.北京:中国电力出社，2002.

［2］薛伊琴，张晓东.线路落雷造成主变间隙保护动作原因分析［J］.东北电力技术，2007（9）：72-74.

Analysisof transform er fault caused by lightning stroke

GuoHua1Zhang Haining2LiYuhua3Xu Liming3ShiWei3
(1.XJGroup Chengdu SWJTU XujiElectrical Limited Liability Company，Chengdu，Sichuan 61003；2.Liaoning Qinghe PowerGeneration Limited Liability Company，Tieling Liaoning 112003；3 XJElectric Co.，Ltd.，Xuchang Henan 461000)

The lightning accident of a power plant resulted in two transformer gap breakdown，and one of the transformers has a faultwith transformer fault differential protection fast action.Through the on-site information inspection and analysis of the relevantwaveform data before and after the fault，finding that the fault between the turns was the cause of this differential protection action.Through the fault process analysis and protection action cause analysis，some suggestions were put forward in this paper，which have some reference value for the analysis and solvingofsuch kind ofproblem.

lightning strike；inter-turn fault；gap breakdown

TM407

：A

：1003-5168（2015）03-0064-3

2015-2-28

郭华（1978-）男，工程师，研究方向：继电保护研究和应用。