一起主变压器开关跳闸事故分析

陈伟伟

（国网浙江省电力有限公司平阳县供电公司，浙江 温州 325800）

0 引言

变电站内10～35 kV电压等级设备的安全稳定运行直接关系到用户的供电可靠性。开关柜以其操作方便、技术成熟、占地面积小、运行可靠等优势，在10～35 kV系统中应用广泛[1−2]。由于开关柜空间狭小、采用的有机绝缘材料分布紧凑，其内部发生电弧短路造成爆炸、失火的事故时有发生[3]。据有关资料统计，每年全国有200多台手车式开关柜因电弧烧毁。究其原因，主要是开关柜安装维护不到位、生物入侵、运行人员操作不当、环境温湿度失调等，其中运行环境问题导致的事故占很大比例[4−5]。本文介绍了一起开关室湿度过大造成母线TV烧毁，最终导致跳闸的事故，重点分析了故障发生的过程，针对事故原因，提出了相应的改善措施。

1 事故前的运行方式及设备情况

1.1 接线方式

某110 kV变电站为无人值班智能变电站。该站配置40 MVA主变压器（以下简称“主变”）1台，110 kV出线1回，35 kV出线3回，10 kV出线8回。110 kV远景采用扩大内桥接线，本期采用线变组接线。35 kV远景采用单母线分段接线，本期采用单母线接线。10 kV远景采用单母线四分段接线，本期采用单母线接线。目前该变电站具体接线如图1所示。

图1 某110 kV变电站接线方式

1.2 设备情况

该站配置的主变为三相三绕组油浸自冷有载调压变压器，连接组别为YNyn0d11。主变保护由2套WBH−815B主变保护测控装置、2套主变本体合并单元DMU−831和1套主变本体智能终端DTU−801构成。该保护主要配置主保护和各侧后备保护。主变35 kV侧后备保护主要包括复压闭锁过流保护、限时过流速断保护、母线充电保护、过负荷保护等，其中过流保护设置3个时限，第1时限跳母联分段开关，第2时限跳主变35 kV侧开关，第3时限跳主变三侧开关。本站35 kV母线为单母线接线，无母联分段开关，因此后备保护动作时，直接启动第2时限跳主变35 kV侧开关。

2 事故经过

某日02：34：21，该变电站报“主变35 kV侧后备保护动作”“主变35 kV侧智能终端出口跳闸”“主变35 kV侧35A开关变位”等信号。运行人员对信号进行初步分析，根据主变35 kV侧后备保护的保护范围，判断故障点在35 kV母线上。因此运行人员首先对35 kV开关室内设备进行检查，发现35 kV开关室内所有柜体、泄压通道及母线未出现明显异常。将所有的开关柜及刀闸柜打开后，发现35 kV母线TV刀闸柜内手车刀闸有明显的灼烧痕迹。将TV手车拉出至“检修”位置，发现TV手车动触头绝缘有明显破损，如图2（a）所示。上静触头盒与上活门挡板有严重烟熏痕迹，如图2（b）所示。下静触头盒由原来的棕色变为黄色，下活门挡板有明显烧熔痕迹，如图2（c）所示。打开后柜门检查发现，35 kV母线TV本体及避雷器有明显的烟熏痕迹，如图2（d）所示。

图2 35 kV母线TV刀闸柜检查情况

3 事故分析

调取主变故障录波装置中的录波文件，并进行数据分析。02：34：18.655时刻，35 kV母线B相电压开始降低，同时A相和C相电压升高至线电压，判断此时35 kV系统发生单相接地故障。02：34：20.251时刻，C相电压也大幅降低，且主变35 kV侧B相和C相开始出现大小相等、方向相反的故障电流（故障电流为7.8 A，过流保护整定值为6 A），判断此时故障已由B相单相接地发展至B相和C相相间故障。02：34：21.650时刻，主变35 kV侧后备保护第2时限动作，35A开关跳闸，故障点被隔离。上述动作过程符合本站配置的主变35 kV侧后备保护动作逻辑，说明35 kV系统确实发生了相间故障，导致主变35 kV侧后备保护动作，保护装置动作正确。

结合一次设备检查情况，可得出故障的发展过程为02：34：18.655时刻，35 kV母线TV手车刀闸下静触头对触头盒、下活门和上活门放电，导致B相出现接地故障。02：34：20.251时刻，B相和C相静触头盒之间发生放电，出现相间故障，放电及高温使得静触头盒变为黄色，大量的烟雾使得活门挡板等处被熏黑，TV手车动触头绝缘臂在大电流的作用下出现了破损。02：34：21.650时刻，主变35 kV侧后备保护动作，35A开关跳闸，将TV柜内故障点隔离。

4 事故原因分析

故障发生后，运行人员将35 kV母线、所接馈线开关、TV及其刀闸转检修，打开所有的后柜门，仔细检查每个间隔柜内的设备。检查发现，所有手车开关/刀闸的静触头内触指与手车上梅花触头都有不同程度的铜绿，如图3（a）和3（b）所示。将所有的柜内穿墙套管和静触头盒拆开，检查发现均存在不同程度的放电痕迹，其中TV柜内的痕迹最为明显，如图3（c）和图3（d）所示。

图3 进一步检查情况

根据上述检查情况，初步判断事故原因为35 kV开关室内湿度过大。检查35 kV开关室内配置的两台温湿度显示器发现，湿度分别为88%及93%。

由于变电站两面环山，距离不远处有小河流过，且本地区正处于梅雨季节，连续出现降雨天气，35 kV开关室内湿度过大。对开关室内环境进一步检查发现，室内空调设置温度（16℃）较低。有关资料表明：当环境湿度处于同一水平时，环境温度越低，相对湿度越高。随着空气湿度的增加，绝缘材料表面的几何起伏、憎水性、水的表面张力等因素使绝缘材料表面电导不均匀，从而改变电场分布，影响闪络电压。当空气湿度大于60%时，空气湿度越大，闪络电压越高，设备绝缘越低，越容易出现放电击穿现象。

5 事故后处理

事故检查完毕，检修人员对损伤、烧毁设备进行整修。为防止触头盒套管长度过小导致放电，将套管伸出长度由原来的140 mm改为210 mm。此外，在各相之间增设绝缘挡板，利用加长尺寸触头盒套管与绝缘挡板的配合隔绝相间铜排，绝缘强度增大，如图4（a）所示。用乙酸洗去上、下静触头铜排上的铜绿，对铜排进行倒角打磨、镀锌，并重新热缩，减小尖端放电的可能，提高铜排抗氧化腐蚀能力，如图4（b）所示。用乙酸洗去手车刀闸梅花触头上的铜绿，防止接触电阻过大而异常发热，如图4（c）所示。最后矫正梅花触头的变形和触指跑位，以确保触指接触电阻在合格范围之内，如图4（d）所示。

图4 处理效果图

6 防范措施

6.1 改善柜外环境

日常巡视时，密切关注环境温湿度的变化。若环境相对湿度过大，将室内空调模式转为除湿模式[6]。根据35 kV开关室的规模增配2台大型工业除湿机，分别靠墙布置在整排开关柜后。除湿机设置为自动模式或定时模式，启动阈值为相对湿度大于65%。另外，充分利用综合辅助监控系统，加强对开关室温湿度的远程监控[7]。

6.2 改善柜内环境

柜内温湿度环境的控制主要依靠加热片的可靠运行。检查发现本站35 kV开关室内加热片数量较少，存在不同程度的损坏，且配置不合理，所有的加热片均由电缆室温控器控制。为保证柜内温湿度保持在合理水平，需对加热片数量和位置进行重新配置。配置方案如表1所示，其中手车开关/刀闸柜和电缆层各配置一片常投加热片，其余4片为温控器控制加热片，设定温度低于25℃时启动加热片，湿度大于70%时启动加热片，低于50%时停止加热片。为保证除湿效果，电缆层配置的两片加热片可带风机。

表1 柜内加热片配置方案

7 结语

开关柜运行环境对设备正常运行有重要影响，因此对开关柜进行停电大修、技改等工作时，应同步对高压室环境、开关柜内环境进行改善。

单纯地采用温湿度监测来控制加热器、除湿机、通风机等设备已无法满足环境改善的需求。为预防柜内凝露，应将多种新技术与传统的温湿度控制技术融合于一体，实现加热器、冷凝器等设备的自动控制，预防开关柜事故的发生。