主变低压侧复合电压过流保护动作故障分析及处理

罗增寿

摘 要：主变低压侧复合电压过电流保护是主变低压侧及其连接设备的后备保护，对主变的安全运行有着重要的作用，本文通过对主变低压侧复合电压过电流保护事件故障情况进行分析和提出处理办法，并判定事故的主要原因，提出整改、防范措施和经验反馈。

关键词：变压器;母线开关柜;三相短路故障;故障原因;防范措施

中图分类号：TM645 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2020）10-0157-02

1融安水电站简介

融安水电站与浮石水电站共用现有的浮石水电站大坝及水库，厂房位于浮石水电站大坝右岸上游200m处冲沟出口处。融安水电站灯泡贯流式水轮发电机组1台，装机容量1×18MW，水轮发电机组为东方电机厂生产，水轮机、发电机型号分别为GZD654-WP-590、SFWG18-64/6250，其机组也通常称浮石水电厂#4机组，电站于2015年7月26日投产发电。

融安水电站经#3主变接入浮石电厂开关站，通过浮石电厂原有的两条110kV线路接入系统。#3主变型号为SF11-20000/110，高、低侧后备保护均设有复合电压过电流保护。

2事故前浮石电厂、融安电站运行方式

事故前设备运行方式：浮石水电厂3台机组各带15MW负荷，融安电站机组停机备用。厂用电正常方式运行（#1厂变带厂用400VⅠ段，#2厂变带厂用400VⅡ段，#3厂变带厂用400VⅢ段）。天气：阴雨，室内湿度97%。

事故后设备运行方式：#4机组在开机并网后升负荷的过程中，出口开关4跳闸，机组甩负荷后空载运行;105开关跳闸，3#主变停运，943开关跳闸，#3厂变失压，厂用电备自投装置正常动作，厂用电切换由浮石电厂侧供电。

3事件简况

2017年04月05日17：18#4机组并网，在增加机组出力的过程中，17：22 监控上位机报“#3主变保护动作”告警，主变高压侧105开关跳闸、#4机组出口开关跳闸，机组甩负荷后空载运行，#3厂变943开关跳闸，厂用电备自投装置正常动作，厂用电切换由浮石电厂侧供电。主变保护屏查看，低压侧后备保护装置显示：复合电压方向过流保护动作。

4事件处理过程

4.1运行检查处理

（1）运行人员立即用工业视频监控视频查看发现融安水电站10.5kV高压室有明显烟雾。（2）同时，立即安排当班人员现场检查：1）#3主变及高压侧外观无发现明显异常，#3主变温度、油位正常;2）主变低压侧连接电缆至10.5kV高压室检查发现有明显烟雾和绝缘焦味;3）#3主变保护屏检查有“#3主变后备保护动作”告警，“复合电压方向过流保护”动作;4）厂用400VⅢ由浮石电厂侧供电正常。（3）将事故情况汇报调度、电厂领导，申请中调停#4机停机，按水情带负荷，并要求电厂立即安排运维人员现场检查。（4）运行人员做停电隔离安全措施，拉开#3主变高压侧开关及刀闸和低压侧10kVⅢ段母线各手车开关、手车隔离手车摇至“试验”位置，并在各侧挂接地线和合上地刀，完成安全措施[1]。

4.2维护检查处理过程

（1）打开主变低压测10kV隔离开关柜后盖板和顶盖板检查，发现母线室被击穿短路熏黑，柜内母排室全部被烟尘熏黑，C相母线排有局部烧蚀熔化点，C相主母线排与支路连接部位螺栓较松。（2）经检查并确认设备已损坏，对设备损坏情况的检查后，联系厂家要求以最快的速度准备维修方案和所需更换部件。（3）对#3主变绝缘检查，高压绕组对地2500MΩ，低压绕住对地400MΩ，结果正常。（4）对10kV受损柜母线的绝缘检查，绝缘电阻为A相8MΩ、B相4MΩ、C相1.5MΩ，不合格。（5）对受损开关柜进行清扫、检查、缺陷取证、样品加热试验、打磨、刷漆。（6）04月08日14：00 绝缘件和母排经空运到达现场，开始进行安装。（7）04月09日13：00热缩护套通过快递到达现场。17：00完成设备安装、做交流耐压试验和测绝缘电阻合格。18：11#3主变和10kV开关柜恢复正常运行。

5事件原因分析

5.1故障录波波形分析（保护装置事件报告录波图如图1）

从主变保护录波图看，三相短路故障发生前电压波形已经异常：A、B相电压波形正常幅值变大，C相波形显示接近0V，从电压波形图的峰值（约141V）计算出A、B相电压的有效值月为141/√2=100V， A、B相電压较正常电压（57V）高出了√3倍，符合不接地系统单相接地故障特征，确认为C相发生单相接地故障。主变保护录波图时间轴0ms时刻后发展成三相短路故障，三相短路电流突然变大（290ms时为：28.55A），三相电压突然接近0V，短路电流大于保护动作定值（14.8A），主变底后备保护动作跳开各侧电源开关，切断故障点，电压、电流均为零。根据上述分析可判断：故障点应在主变差动保护范围以外设备，即C相先发生接地故障，接着发生了三相接地短路，保护装置动作正确。

5.2母线现场检查情况

（1）主变低压侧9033隔离小车的检查：将隔离小车退出，下端动触头完好，色泽光艳，上端动触头完好，表面有烟熏粉渍。（2）开关柜母线室检查：拆开母线室后盖板，发现内部母线室侧壁全部被熏黑，拆开母线室顶部盖板，内部全部被熏黑，母线绝缘护套跌落且呈焦状。进一步检查发现母线与支路连接处的连接螺杆没有上紧，但螺杆没有烧弧痕迹。（3）母线室清扫后，击穿点的复原取证：因在母线拆除前空间有限，无法清楚查看短路点，在对母线室进行清扫和拆除全部母排和绝缘件后，分别将A、B、C各相母线和绝缘件按原安装位置复原摆放，并进行检查，以便准确认定放电击穿路径。现场检查发现C相母线有2处放电击穿点，A、B相各有1处放电击穿点，其中C相铜母排击穿溶化点在穿墙套管内部，是唯一不是通过空气击穿的短路点，应该是穿墙套管被击穿形成对金属隔板放电短路，可以确定是造成单相接地的部位。C相发生单相接地后与A、B相通过空气击穿造成三相短路。

5.3相关的检验性试验

（1）母线（故障现状）耐压试验：为了判明故障点是否为永久性故障，在保持故障原状态情况下，我们分别通过试验变压器对三相母线进行了加压试验。试验结果，C相母线在5kV时支柱绝缘子底座和静触头盒放电，A、B相母线在10kv时支柱绝缘子底座和静触头盒放电。每次放电均有烟雾产生。可以认定C相为永久性故障，A、B相接近永久性故障性质。

（2）母线绝缘件加热试验：为了检验母线室内的黑色烟尘的来源，我们对热缩套管、穿墙套管和支柱绝缘子进行了电炉加热试验。试验结果，在达到温度400℃左右情况下，绝缘件均产生浓烟和燃烧。

5.4原因分析及结论

5.4.1 C相绝缘击穿接地的可能原因

（1）C相支母排与主母排的连接螺栓松动，母线室连接母排通过电流增加时，母排温度突变非线性升高，异常高温使穿墙套管绝缘性能下降。（2）高温使热缩护套燃烧产生碳粉烟尘，并附着在穿墙套管上降低了绝缘性能。（3）C相穿墙套管有隐藏性缺陷，经过一定时间运行后发展和进一步恶化（4月10日上午对该套管进行了外观检查和施加42kV交流耐压试验，排除套管有裂纹隐藏性缺陷）。（4）4月5日当天环境湿度较大（为97%），也是对设备运行不利的一个次要因素。

5.4.2三相接地短路原因

C相發生单相接地后，A、B相通过空气击穿引起三相短路。原因：（1）与上述第2点共同的原因，高温使热缩护套燃烧产生碳粉烟尘，烟尘弥漫在母线室造成空气绝缘强度下降。（2）C相母线单相接地电弧放电产生大量烟尘，使母线室空气绝缘强度急速降低。（3）C相单相接地造成A、B相对地电压由相电压上升到线电压。（4）4月5日当天环境湿度较大（为97%），也是对设备运行不利的一个次要因素[2]。

5.5结论

主变低压侧开关柜C相支母排与主母排的连接螺栓松动，母线室连接母排通过电流增加时，母排温度突变非线性升高，异常高温使穿墙套管绝缘性能下降，造成C相发生单相接地，后A、B相通过空气击穿引起三相短路，由于故障点在主变差动保护范围外，故主变低压侧复合电压方向过流保护动作。

6整改措施

（1）全面检查该项目所有封闭母线，是否存在螺杆未压紧、母线绝缘护套有无老化、绝缘件有无放电痕迹等情况。（2）在大电流汇集母线柜加装温度检测装置。（3）完善电厂电气设备检修文件包，将检查封闭母线列入年度常规检修内容。（4）完善主变10kV母线接地保护，将零序电压接入主变保护。（5）完善主变差动保护的保护范围，按原设计该段母线未在主变差动的保护范围。

7经验反馈

（1）项目施工管理应选择能力强、资质高的设计、施工与监理单位。（2）加强对设备的检修维护管理，特别是一次设备封蔽部位，如开关柜内部等，都需要在检修期进行彻底检查，发现问题及时处理消除，以防患于未然，机电设备安全运行。（3）加强对新投运设备的安装施工过程监督、验收管理以及设备检修过程监督、验收管理，特别是对一次设备的隐蔽部位，设备业主方应全过程监督和检查，发现问题及时要求整改。（4）新投运的一次设备应加强人工对导流体的温度检查，建议在大电流汇集母线柜加装温度检测装置并引入监控系统，以便运行人员随时监视设备温度运行情况。

参考文献

[1] 李骏年.电力系统继电保护[M].北京：中国电力出版社，1993.

[2] 蓝之达.供用电工程[M].北京：中国电力出版社，1998.