華電福新廣州能源有限公司 王穎明 華電電力科學(xué)研究院有限公司 梁 晶 劉國棟 鄭 健

隨著國家對環(huán)境保護要求的日益提高，發(fā)展清潔、高效的能源利用方式成為我國能源轉(zhuǎn)型的必然方向[1]。在此大背景下燃機電廠的作用越來越凸顯，確保燃機電廠安全、穩(wěn)定運行則顯得尤為重要。燃機電廠具有清潔、高效等優(yōu)點，正在逐步成為我國能源領(lǐng)域重要的一環(huán)[2]。燃機電廠主變設(shè)備對于電廠尤為重要，在實際運行中主變系統(tǒng)的安全穩(wěn)定對整個燃機電廠具有重要的現(xiàn)實意義。

某燃機電廠配置三臺套“一拖一”燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組，其中抽凝機組2臺，背壓機組1臺，全廠配置3臺220kV主變壓器。主設(shè)備情況：燃氣發(fā)電機與汽輪發(fā)電機均為空冷發(fā)電機、采用無刷勵磁系統(tǒng)，主變壓器采用三相式、自然油循環(huán)自冷、雙線圈銅繞組有載調(diào)壓、分體式變壓器，GIS為220kV、SF6氣體絕緣金屬封閉組合電器，二次設(shè)備包括發(fā)電機、主變、電抗器、線路保護、計量、遠動、通訊、直流（UPS）系統(tǒng)、自動化裝置等二次設(shè)備；機組主接線：1號燃機與2號汽輪機引接到1號主變并網(wǎng)，3號燃機與4號汽輪機引接到2號主變并網(wǎng)，5號燃機與6號汽輪機引接到3號主變并網(wǎng)。

1 情況分析

1.1 事件經(jīng)過

當(dāng)日狀態(tài)：1號、2號、3號、4號發(fā)電機正常運行，機組負荷120MW，5號、6號背壓機組熱備用狀態(tài)，其中1號、2號主變120MW負載運行；3號主變空載熱備用運行，1號主變中性點接地運行，2號、3號主變中性點不接地運行。當(dāng)日20：54，II線2212開關(guān)跳閘，隨后2號、3號主變有載開關(guān)重瓦斯保護動作，3號、4號發(fā)電機組跳閘，甩負荷60MW?，F(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)2號、3號主變的有載調(diào)壓分接開關(guān)壓力釋放動作并出現(xiàn)泄油情況。

1.2 檢查情況

主變檢查情況。進入2號主變油箱內(nèi)部檢查器，發(fā)現(xiàn)A、C二相高壓繞組有明顯的變形情況，有載調(diào)壓分接開關(guān)芯體a、b相間隙燒毀、限流電阻燒毀，有載調(diào)壓分接開關(guān)油室底部有損壞。進入3號主變油箱內(nèi)部檢查，未發(fā)現(xiàn)A、B、C三相高壓繞組有明顯變形、竄動、松動情況。繞組兩端整齊不竄動、無松動情況，分接線與有載連接端子牢固。

變壓器油主要成分的色譜分析。故障發(fā)生后分別對2、3號主變本體變壓器油進行取樣化驗，根據(jù)DL/T 722-2014變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則中的三比值法，判斷為電弧放電。分析認為，有載調(diào)壓分接開關(guān)放電電弧較強，有一部分乙炔混入變壓器主體，造成本體油的總烴含量增加。

主變故障后常規(guī)試驗。對3號和4號主變低壓側(cè)的封母進行檢查，未見異常。對變壓器封母進行絕緣電阻測試合格。2號、3號主變故障后常規(guī)試驗各項結(jié)果合格。

線路及主變保護檢查情況。II線2212跳閘保護信號為“保護啟動、B相縱聯(lián)差動保護動作、重合閘動作、ABC相縱聯(lián)差動保護動作”，測距保護顯示故障點在II線距離廠外13公里處；2號主變跳閘保護信號為“2號主變有載調(diào)壓重瓦斯”；3號主變跳閘保護信號為“3號主變有載調(diào)壓重瓦斯”；3號、4號發(fā)電機跳閘原因是2號主變保護動作。1號主變帶1號燃機發(fā)電機和2號汽機發(fā)電機組60MW負荷送出I線運行正常。

錄波器檢查情況。對線路和2臺機組錄波器的相關(guān)信息進行了查看，電網(wǎng)220kV線路B相和110kV線路B相同時發(fā)生接地故障，57ms后110kV線路C相接地。經(jīng)了解電網(wǎng)220kV和110kV同塔架設(shè)，當(dāng)天氣候為雷雨大風(fēng)同期，分析認為惡劣天氣引起外部線路接地故障。

開關(guān)控制回路檢查。遠方、就地、保護傳動、控制臺按鈕等操作滅磁開關(guān)分合閘，滅磁開關(guān)動作正確。傳動檢查內(nèi)容包括：發(fā)變組保護傳動試驗正確無異常；非電量保護傳動試驗正確無異常；手動跳、合試驗未見異常；操作按鈕分閘試驗及傳動正常。

主控室操作回路檢查。對3號機組燃機發(fā)電機開關(guān)操作系統(tǒng)、保護端子、操作回路進行檢查，無異?，F(xiàn)象。對4號機組汽機發(fā)電機開關(guān)操作系統(tǒng)、保護端子、操作回路進行檢查，無異?，F(xiàn)象。

勵磁系統(tǒng)及一次設(shè)備檢查。對3號和4號機組勵磁調(diào)節(jié)器至發(fā)電機轉(zhuǎn)子間母線進行絕緣電阻測試，絕緣阻值無異常；對勵磁機進行絕緣電阻測試，勵磁機絕緣阻值無異常；對勵磁調(diào)節(jié)器、滅磁開關(guān)進行檢查未見異常。

發(fā)電機定子和轉(zhuǎn)子檢查。對3號和4號發(fā)電機定子、轉(zhuǎn)子進行絕緣電阻測試，發(fā)電機定子、轉(zhuǎn)子絕緣電阻合格。

1.3 原因分析

通過調(diào)取故障錄波器錄波波形、繼電保護動作情況，清晰指明事故的方向是線路發(fā)生單相接地形成暫態(tài)過電壓，造成有載調(diào)壓分接開關(guān)的間隙動作放電并發(fā)展成故障。

1.3.1 變壓器中性點電壓值分析

根據(jù)電廠故障錄波器采集到的2號、3號主變3U0電壓波形發(fā)現(xiàn)：II線B相單相接地故障持續(xù)60ms，3U0在起始位置存在明顯的高頻振蕩，最大峰值分別達到621.6kV、475.9kV，頻率為3333Hz，持續(xù)3.9ms后開始衰減，這屬于高頻過電壓，是由于PT飽和時過磁通的諧波干擾形成的，這個尖峰測量值不能反應(yīng)真實情況，不予采信[3]。高頻電壓衰減后的電壓為工頻零序電壓，持續(xù)時間為56.1ms，兩臺主變工頻零序電壓幅值分別是131kV、129kV，這個數(shù)值是真實可信的。

1.3.2 變壓器中性點保護間隙動作原因

2號和3號主變中性點為不接地運行狀態(tài)，通過并聯(lián)中性點的避雷器和放電保護間隙共同完成過電壓保護功能。保護間隙的空氣距離為268mm，工頻放電電壓為3.8kV/cm×26.8cm=102kV，避雷器避的額定電壓144kV，短時工頻耐受電壓為200kV，殘壓320kV。兩臺主變中性點和高壓側(cè)避雷器的動作記錄儀顯示數(shù)值均為零，說明避雷器未動作，通過現(xiàn)場錄像回放發(fā)現(xiàn)兩臺主變中性點的放電保護間隙有放電現(xiàn)象，說明在變壓器中性點過電壓侵入時刻保護間隙先于避雷器動作。原因是故障時刻的中性點工頻零序電壓大于102kV、小于200kV，所以變壓器中性點保護間隙動作而避雷器未動作。

1.3.3 有載調(diào)壓分接開關(guān)間隙燒損原因

有載調(diào)壓分接開關(guān)間隙燒損是由于其間隙放電回路（其作用是保護級間過電壓）接至變壓器中性點，由于2號、3號主變壓器中性點運行方式為不直接（經(jīng)放電間隙）接地運行，因而導(dǎo)致分接開關(guān)間隙懸浮，有載調(diào)壓分接開關(guān)間隙放電回路未能有效形成。開關(guān)間隙保護工頻電壓動作值20kV，變壓器中性點間隙保護電壓動作值（沖擊電壓或暫態(tài)電壓）102kV。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地后變壓器中性點電位升高，分接開關(guān)間隙保護動作但放電回路不通，因而過電壓能量無法釋放，有載調(diào)壓分接開關(guān)內(nèi)間隙放電，同時間隙對均壓環(huán)也放電，導(dǎo)致有載調(diào)壓分接開關(guān)間隙燒損。

2 結(jié)語

燃機電廠在分布式能源領(lǐng)域應(yīng)用廣泛[4]，本文暴露出主變相關(guān)產(chǎn)品設(shè)計制造缺陷，有載調(diào)壓分接開關(guān)放電間隙借用變壓器中性點為能量釋放通道，當(dāng)變壓器中性點采用不接地運行方式時間隙處于懸浮狀態(tài)，發(fā)生過電壓時能量無釋放路徑；產(chǎn)品無突發(fā)短路試驗報告，未查到相關(guān)的短路驗算報告和有載調(diào)壓分接開關(guān)的電壓梯度驗算和仿真的相關(guān)參數(shù)驗證結(jié)果。

產(chǎn)品出廠試驗項目不全，變壓器出廠報告中未查到中性點400kV全波沖擊和400kV截波沖擊報告。警示燃機電廠在具備條件時，對有載開關(guān)油室進行改造，增加取樣口；安排相關(guān)人員進行核算或改造工作，確保有載調(diào)壓分接開關(guān)在中性點不接地運行方式下安全穩(wěn)定運行，防止發(fā)生類似事件。隨著燃機電廠在我國的應(yīng)用越來越廣泛，暴露出的問題也會越來越多，需要相關(guān)從業(yè)人員細致分析，舉一反三，不斷開展新的研究與分析。