王 翼,劉志同,趙 強(qiáng),宋沅林,胡煜天

(1.國(guó)網(wǎng)撫順供電公司，遼寧 撫順 113008; 2.國(guó)網(wǎng)沈陽(yáng)供電公司，遼寧 沈陽(yáng) 110100)

66 kV所用變絕緣擊穿事故分析與防范措施

王 翼1,劉志同2,趙 強(qiáng)1,宋沅林1,胡煜天1

(1.國(guó)網(wǎng)撫順供電公司，遼寧 撫順 113008; 2.國(guó)網(wǎng)沈陽(yáng)供電公司，遼寧 沈陽(yáng) 110100)

對(duì)一起66 kV所用變壓器(以下簡(jiǎn)稱所用變)絕緣擊穿事故進(jìn)行分析，當(dāng)雷電波沿線路到達(dá)處于斷開的開關(guān)時(shí)，雷電波將發(fā)生2倍的全反射，使雷電過(guò)電壓升高2倍，使開關(guān)或與開關(guān)鄰近的設(shè)備對(duì)地?fù)舸┓烹姟Ｔ撍米儼惭b在避雷器與所用變之間，所用變將承受2倍避雷器殘壓的作用，結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)提出了采用避雷器進(jìn)行“零”距離保護(hù)的防范措施。

變壓器；絕緣；波反射；避雷器

1 熱備用線路保護(hù)的重要性概述

為了運(yùn)行可靠性的需要，電力系統(tǒng)中的一些變電所往往有線路處于“熱備用”狀態(tài)，即開關(guān)斷開，而刀閘則處于合閘狀態(tài)，一旦運(yùn)行需要，開關(guān)合閘，線路馬上可以帶電運(yùn)行，這種方式在高度自動(dòng)化的變電所來(lái)說(shuō)非常常見。但是，一旦熱備用或臨時(shí)停電的線路遭受雷擊，雷電波就會(huì)沿線路傳入。當(dāng)雷電波到達(dá)處于熱備用的開關(guān)時(shí)，侵入波將發(fā)生2倍雷電波的全反射，使雷電過(guò)電壓升高2倍，使開關(guān)或與開關(guān)鄰近的設(shè)備對(duì)地?fù)舸┓烹姟?/p>

對(duì)此，應(yīng)該完善對(duì)處于“熱備用”狀態(tài)的開關(guān)的保護(hù)工作。對(duì)于變電站內(nèi)的電氣設(shè)備，避雷針主要是防止直擊雷，而線路侵入波過(guò)電壓則主要靠避雷器進(jìn)行保護(hù)。除母線安裝避雷器外，還應(yīng)在每條線路的人口側(cè)加裝避雷器保護(hù)，確保變電站內(nèi)的所有電氣設(shè)備在任何雷電侵入波過(guò)電壓下都在避雷器的保護(hù)范圍內(nèi)。有的處于熱備用的線路，即使在開關(guān)前段安裝了避雷器保護(hù)，但線路所連接的所用變還是在一次雷電過(guò)電壓下?lián)p壞。因此，有必要研究所用變損壞的原因以及制定相應(yīng)的防范措施。

2 事故概況

某66 kV線路與某220 kV線路為同桿架設(shè)，66 kV線路處于熱備用狀態(tài)，帶1臺(tái)運(yùn)行的66 kV外所用變。66 kV線路為220 kV線路降壓到66 kV運(yùn)行，全長(zhǎng)39.852 km，導(dǎo)線LGJ-300/40，布置在桿塔的左側(cè)，上方裝設(shè)GJ-50避雷線，保護(hù)角5°。220 kV線路導(dǎo)線型號(hào)LGJ-300/40，全長(zhǎng)39.852 km，布置在桿塔的右側(cè)，上方裝設(shè)OPGW避雷線，保護(hù)角5°。避雷器與開關(guān)之間的線路長(zhǎng)度為97 m，所用變與避雷器之間的線路長(zhǎng)度為68 m(見圖1)。

圖1 66 kV線路及相關(guān)設(shè)備接線

3 事故分析

66 kV線路走廊大部分在樹林茂密的山區(qū)，由于地下礦產(chǎn)、地理環(huán)境的影響，該線路每年都發(fā)生雷擊跳閘事故，屬于重雷區(qū)。

2014年4月27日，天氣雷陣雨，偏北風(fēng)5～6級(jí)，在15時(shí)30分至16時(shí)40分期間，線路走廊附近反復(fù)遭受雷擊，從雷電定位系統(tǒng)上可以看出在16時(shí)17分左右，線路21#桿附近落雷(雷電流-244.6 kA),從放電計(jì)數(shù)器上可以看出此時(shí)66 kV線路避雷器B、C兩相同時(shí)動(dòng)作，16時(shí)18分左右，A、C兩相高壓熔絲崩毀，66 kV外所用變噴油跳閘。表1為220 kV線路雷電定位系統(tǒng)部分信息，圖2為雷電定位系統(tǒng)示意圖。

表1 雷電監(jiān)測(cè)信息查詢結(jié)果報(bào)表

3.1 事故性質(zhì)判定

從事故現(xiàn)象看應(yīng)當(dāng)是兩條線路遭受了繞擊雷，且幅值較大，因?yàn)?6 kV線路有二相避雷器的計(jì)數(shù)器動(dòng)作。對(duì)事故的外所用變?nèi)∮蜆舆M(jìn)行油色譜分析，色譜數(shù)據(jù)如表2所示。

對(duì)事故的采油樣進(jìn)行油色譜分析，從表2油色譜的數(shù)據(jù)可以看出，C2H2=5 039 μL/L，C1+C2=8 787 μL/L，說(shuō)明該所用變內(nèi)部已經(jīng)發(fā)生高能量擊穿放電，無(wú)法再繼續(xù)送電運(yùn)行。

3.2 事故原因分析

66 kV線路外所用變壓器的型號(hào)為S7-630/66，線路避雷器型號(hào)為HY10WZ2-96/232S，U1電壓為140 kV，殘壓232 kV。圖3為雷電波在設(shè)備中的傳播過(guò)程。

1為清源滿族自治縣；2為新賓滿族自治縣；3為桿塔編號(hào)；4為線路走廊

圖2 雷電定位系統(tǒng)

表2 66 kV所用變事故后油色譜數(shù)據(jù) μL·L-1

含量H2COCO2CH4C2H6C2H4C2H2C1+C22014.4.17(雷擊前)8619761.31.130.6903.122014.4.27(雷擊后)06751357898.02209.282640.625039.268787.18

圖3 雷電波發(fā)生全反射的原理

圖中，Uo為雷電侵入波；Uca為避雷器動(dòng)作后的殘壓，232 kV；Ut為避雷器殘壓經(jīng)過(guò)所用變高壓側(cè)得到的過(guò)電壓(Ut>Uca)。

因雷電侵入波過(guò)電壓較高，避雷器動(dòng)作，殘壓Uca=232 kV，當(dāng)該殘壓從避雷器經(jīng)過(guò)所用變到達(dá)熱備用的開關(guān)時(shí)殘壓會(huì)有所升高。這是因?yàn)槔纂姴ǖ淖饔脮r(shí)間是1.2/50 us，頻率特別大，所以這段導(dǎo)線顯感性，經(jīng)過(guò)這段導(dǎo)線之后電壓就會(huì)略有升高，到達(dá)開關(guān)的電壓為Ut，則：

Ut=Uca+2a×L/ν+LH×di/dt

式中，Ut為施加在所用變壓器高壓側(cè)繞組的電壓(kV)；Uca為避雷器動(dòng)作后的殘壓(kV)；L為避雷器與熱備用開關(guān)之間連接線的距離(m)；ν為雷電波的速度(m·us-1)；H為導(dǎo)線的電感系數(shù)(1 mH·m-1)；i為通過(guò)避雷器的標(biāo)稱放電雷電流(kA)；a是系數(shù)，取1.25。

避雷器的標(biāo)稱放電電流是10 kA， 所以di/dt=10/1.2=8.3，避雷器與熱備用開關(guān)之間的距離L=97 m，ν=300 m·us-1，則

Ut=232+2×1.25×97/300+8.3=240.7 kV

經(jīng)過(guò)計(jì)算可知，避雷器的殘壓到達(dá)熱備用的開關(guān)時(shí)電壓升高8.7 kV，到達(dá)熱備用的開關(guān)后，該波(電壓)將發(fā)生2倍的全反射，使過(guò)電壓升高2倍，即2倍Ut，等于481.4 kV。

熱備用開關(guān)反射的2Ut再次到達(dá)所用變時(shí)，作用在所用變上的電壓會(huì)略有升高，忽略不計(jì)。66 kV 線路外所用變的絕緣配合，所用變的全波沖擊試驗(yàn)電壓值Uqb，可按下列公式求得：

Uqb=(K1Uca+△U1)K2+△U2=(1.1×232+15)×1.2+0.5×66=357.24 kV

式中，K1為安全系數(shù)，取1.1；Uca為避雷器的殘壓，取232 kV；△U1=15 kV，為考慮某些原因而使電壓升高的值；△U2=0.5Un，為考慮運(yùn)行中的勵(lì)磁而使電壓升高的值；K2為絕緣損壞的累計(jì)系數(shù)，取1.2。

所以，該外所用變耐受全波沖擊電壓的設(shè)計(jì)值(即所用變最大可以承受的過(guò)電壓值)：

Uqs=Uqb/0.8=357.24/0.8=446.55 kV。

因?yàn)?倍Ut為481.7 kV，大于所用變可以承受電壓Uqs=446.55 kV，因此開關(guān)的反射波再次作用在所用變的高壓側(cè)時(shí)，必然引發(fā)所用變的絕緣擊穿放電事故。

4 防范措施

將避雷器的引線直接接在所用變引下線上，使避雷器對(duì)所用變進(jìn)行“零”保護(hù)，這樣無(wú)論是進(jìn)波還是反射波，一旦經(jīng)過(guò)避雷器(所用變)的波電壓高于避雷器的動(dòng)作電壓時(shí)，避雷器閥片的電阻就變得非常小，瞬間就會(huì)將雷電流泄入大地，從而將電壓限制在避雷器的殘壓值232 kV以下，這樣作用在所用變上的電壓232 kV就遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于所用變的變耐受全波沖擊電壓的設(shè)計(jì)值Uqs=446.55 kV，所用變就不會(huì)發(fā)生放電擊穿事故，如圖4所示。

圖中，Uo為雷電侵入波；Uca為避雷器動(dòng)作后的殘壓；Ut為避雷器殘壓經(jīng)過(guò)所用變高壓側(cè)得到的過(guò)電壓(Ut=Uca)。

圖4 避雷器在“零”距離下的保護(hù)原理

所謂“零”保護(hù)，是指在避雷器的保護(hù)距離之內(nèi)，其避雷器的保護(hù)距離L可以根據(jù)公司υ=L/α計(jì)算得出，雷電波速度υ(等于光速300 m/us，因?yàn)楸芾灼鞯奖槐Ｗo(hù)的設(shè)備是往返的，所以在計(jì)算時(shí)直接取150 m/us)，α為雷電波的截波波頭時(shí)間(這個(gè)時(shí)間極短且是個(gè)范圍值，本次計(jì)算取0.06 us)，則L=150×0.06=9 m，也就是說(shuō)，如果設(shè)備與避雷器的安裝距離在9 m之內(nèi)，就受到避雷器的保護(hù)，不會(huì)發(fā)生放電擊穿事故。所以條件允許時(shí)，避雷器與被保護(hù)的設(shè)備安裝距離越近越好。

5 結(jié) 語(yǔ)

當(dāng)雷電波沿線路傳到斷開的開關(guān)時(shí)，雷電波將發(fā)生2倍的全反射，使雷電過(guò)電壓升高2倍，使開關(guān)或與開關(guān)鄰近的設(shè)備對(duì)地?fù)舸┓烹?，所以在開關(guān)前的線路側(cè)加裝避雷器是防止開關(guān)擊穿放電的有效措施，但是在開關(guān)之前的熱備用線路上安放其它設(shè)備，必須采用避雷器“零”距離保護(hù)，否則該電氣設(shè)備將承受2倍避雷器殘壓的作用，同樣會(huì)造成設(shè)備放電擊穿。另外，將該所用變安裝在其它帶電的線路或母線上，可以保證所用變安全運(yùn)行，避免此事故反復(fù)發(fā)生。

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(責(zé)任編輯 佟金鍇 校對(duì) 魏靜敏)

Analysis and precautionary measure of a 66kV Substation Transformer Insulation Breakdown

WANG Yi1,LIU Zhi-tong2,ZHAO Qiang1,SONG Yuan-lin1,HU Yu-tian1

(1.State Grid Fushun Power Supply company,Fushun 113008;2.State Grid Shenyang Power Supply company,Shenyang 110100,Liaoning Province)

It is known that double total reflection will occur and the lightning over-voltage increase by 2 times when the lightning wave reaches to the disconnect switch along the line.In the 66kV station transformer insulation breakdown accident,the transformer was installed between an arrester and a switch,and 2 times arrester residual voltage was put on the transformer led to the transformer breakdown when a lightning strike happened.In this paper,the arrester Zero distance protection was proposed as an effective precautionary measure based on the practical experience.

Station transformer;Lightning strike;Insulation;Wave reflection;Arrester

2016-06-30

王 翼(1989-)，女，遼寧燈塔人，工程師。

10.13888/j.cnki.jsie(ns).2016.04.012

TM403

A

1673-1603(2016)04-0345-04