一起220kV变电站母线失压事件分析探讨

2021-03-12吕彪范军华苏树桐

电气开关 2021年4期

关键词：过流避雷器保护装置

吕彪，范军华，苏树桐

(广东电网有限责任公司梅州供电局，广东梅州 514000)

1 引言

变电站中母线故障不常见，而一旦发生故障会影响电网运行，故障母线上所有出线停电，严重者会导致电网的瓦解。因此应重视母线失压事故的分析，及时排除系统故障，规避电网设备缺陷引发的母线失压风险，确保电网最后一道防线的稳定，确保电网稳定、高效运行。

2 事件经过

2020年03月23日赞化站#1主变主一保护低压侧复压过流I段1时限动作，#1主变主二保护低压侧复压过流I段1时限动作。#1主变变低501开关跳闸，母线失压。同时10kV赞奇线Q43开关在分闸位置，保护装置保护跳闸指示灯亮，报文显示10kV赞奇线Q43 B相故障，过流保护I段动作，故障电流值5.81A。110kV赞宫线C相电流差动保护动作，距离I段保护动作，重合闸动作后电流差动保护、距离I段保护再次动作跳开1270开关。

检查保护动作过程：

15时30分47.666秒，#1主变主一保护装置启动。

15时30分47.668秒，#1主变主二保护装置启动。

15时30分48.392秒，#1主变主一保护装置低1侧复压过流I段1时限(定值1.44A，0.7s)动作，跳开501开关，闭锁10kV备自投，保护检测到故障电流Imax=4.328A。

图1 赞化站主接线图

15时30分48.394秒，#1主变主二保护装置低1侧复压过流I段1时限(定值1.44A，0.7s)动作，跳开501开关，闭锁10kV备自投，保护检测到故障电流Imax=4.335A。

图2 #1主变主一保护装置录波文件

图3 #1主变主二保护装置录波文件

由保护动作信息可知：#1主变主一保护低压侧复压过流I段1时限动作，主二保护低压侧复压过流I段1时限动作；110V 赞宫线C相电流差动保护动作，距离I段保护动作，重合闸动作后电流差动保护、距离I段保护再次动作跳开1270开关。10kV赞奇线Q43在分闸位置，过流保护I段动作。从#1主变主一保护装置及#1主变主二保护装置录波文件可以看出，10kV 1M母线51PT柜体发生三相短路。

3 原因分析

根据现场检查情况，故障位置为断路器室故障，PT隔离小车拖出后检查，A相避雷器击穿，三相熔断器熔断。检查PT柜密封良好，无受潮痕迹。查询220kV赞化站10kV间隔在故障前均未进行操作，查询故障前后雷击图，故障前雷击频繁。本次故障可判断为PT柜内避雷器在多次雷电过电压的作用下，氧化锌阀片在外部冲击后，A相出现绝缘击穿引起拉弧，导致母线故障，检修现场图见图4。

图4 检修现场图

避雷器作为电力系统中的重要一次性设备，其运行稳定性对电网系统的影响是不言而喻的。金属氧化物避雷器因为响应速度快、伏安特性平滑、结构简单等优点，目前广泛应用于电力系统中[1]。但金属氧化物避雷器在长期的运行中，受外部环境与内部环境的影响，也容易出现设备缺陷，引发电力故障。此次案例中因为避雷器遇到频繁的雷电天气，导致其过压频繁，氧化锌阀片在外部冲击后，A相出现绝缘击穿引起拉弧，导致母线故障。这也提示我们在电力系统的运行维护工作中应关注避雷器性能，加大检修关注，及时发现设备缺陷、及时更换。

4 防范与整改措施

4.1 强化日常的巡视检查

针对此次母线失压事故，必须强化电力系统的日常巡视，及时发现问题、规避风险。日常巡视的重点对象是避雷器外套、泄露电流表、接地装置，尤以避雷器泄露电流值的监视为主。正常运行状态下的避雷器内部泄露电流约为0.5～1mA，如果阀片受潮或者劣化，对应的泄露电流数值大，将运行中的泄露电流与历史数值作比较[2]，能大体明确内部阀片工作状态，电流增加值或者相间差值超过20%时应考虑短接泄露电流表，及时用钳形电流表测量泄露的电流值，排查故障。后以交流泄露电流试验或者直流泄露电流试验判定避雷器工作性能。对于其外套的检查主要是查看其外绝缘的污秽程度。

4.2 加强特殊时期的巡视检查

在电力系统的日常运维管理中，必须有所侧重，抓住电力系统运行检查维修的关键期——雷雨季节前后，进行系统的检查。雷雨季前的检查主要是预防，保证电力设备运行稳定，状态良好，做好雷雨季来临前的准备工作。而季后的检查主要是及时排查风险要素，查看避雷器在雷雨季节后是否存在进水受潮的问题、查看其遭受雷击后性能是否依然完好。特殊时期的检查主要有两部分，分别为检查与检测[3]。

4.2.1 检查

查看避雷器动作是否响应良好，内部有无存在放电声、外壳是否完好，各连接引线是否完好等。在雷雨季节之后，如果发现连接引线烧伤、断裂等问题及时修复处理。防止因处理不及时引发避雷器爆炸。为避免接地引线烧断引发事故，应采取双重接地设计，增加一组常闭刀闸接地回路，避雷器运行过程中通过泄露电流表回路，也通过常闭刀闸回路，以双重接地的设置，使得避雷器接地更可靠。避雷器必须有良好的接地，提供放电通道，才能有效的保护设备，而此次避雷器缺陷引发的母线失压故障中，因为当地接管站的地网状态评估工作并没有跟进到位，许多变电站的接地网状态没有管理起来，双重接地设计没有落实到位，最终引发了事故。

4.2.2 检测

鉴于避雷器故障引发的母线失压故障，必须加强对电力设备日常管理，而重点是预防性的监测。预防性监测主要是对绝缘电阻、泄露电流等进行检测。金属氧化物避雷器则是常见的绝缘电阻，其通过阙片串联形成，不存在并联电阻与间隙。测量绝缘电阻时要关注裂缝与受潮等问题。基于避雷器运行维护管理规定，确保绝缘电阻电量适宜，在检查中综合分析，全面考虑，保证金属氧化物避雷器性能稳定。在预防性检测之外也配合在线监测。停电试验状态下，会存在电流捕捉困难的问题，即使断开电力网及避雷器，也会存在电流数值重复出现的问题。运行状态下检验主要是顺应利用带电检测方式，常见的带电检测方式有阻性电流法、温测法、全电流法等[4]。基于电力系统运维的实际，选择合理的带电检测方法，加强检测过程的监管，及时发现避雷器故障，及时处理或者更换。

4.3 加强避雷器选型与管理

避雷器作为电力系统常见设备，有效减少雷电瞬时电压，减少浪涌过电压对电缆的不良影响，使得输电电缆运行更有安全保障。避雷器管理的源头性工作是合理选型，从电网运行的实际情况出发，针对输电电缆的主要需求、当地的环境干扰因素等，选择性能优良的避雷器是关键。此次事故中也存在避雷器选型不当的问题，缺乏应有的选型与管理重视，对10kV避雷器的选型不够严格，对一次和二次消谐装置的加装运用不够重视。避雷器运行中因为频繁的雷雨天气导致雷电大电流注入到避雷器后，避雷器的电阻片、防晕链等受到影响，电流超过了避雷器的阈值，使得避雷器受损严重，继而引发母线失压等一系列故障。加强避雷器选型与管理，以提升避雷器的应用效果。在同一个变电站的同一电压测，线路型避雷器与母线型避雷器其额定电压不同，而在同一电压等级的电力系统中，相对地间的避雷器与相对相间的避雷器其额定电压差异明显，应根据系统接地方式及产生的工频过电压指导避雷器额定电压的选择。配合日常设备的规范管理、日常维护等，减少设备缺陷引发的电力系统故障问题。

4.4 配备优质的运维管理队伍

电力系统运行维护要发挥实效，组建高素质的电力系统运行、维护及管理队伍，确保其专业知识扎实、运维经验丰富，且具备较高的责任心，加强对电力系统运行过程中细节性的关注，及时发现问题及时汇报处理，提前做好风险的防范应对。要创新运维思路和模式，基于不同的作业环境、管理目标等，灵活选用多种检修方法、信息传输方式，有备用方案、应救急设备。要强化电力系统各部门的协同配合，确保信息的互通有无，传输共享，做好信息的沟通反馈工作，在发生故障时能第一时间启动应急预案，提升运行管理实效。引入责任制度，确保工作人员各司其职，责任到人，避免运维管理的漏洞与盲区。积极开展各电压等级避雷器技改储备工作，及时更换超过20年的避雷器，使得设备运行更有保障。针对老旧的避雷器必须展开专项维护行动，缩短其运行巡视及检修周期，及时发现设备运行问题。