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一起变电站雷击事故分析

专题网友投稿2022-05-13A+A-

一起变电站雷击事故分析

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事件简述

      XX年X月X日19时许,110kV某变电站区域持续降雨雷暴天气,据当地人和线路维护站职工反映,故障发生时,雷声不断,云头很低,落雷密度很大。19时17分左右,突降雷暴,10kV53、14、15线路在距变电站不到100m处断线,线路瓷瓶炸裂,随即引发变电站设备损毁事故,造成2台主变损坏、1#主变35kV侧刀闸及开关损坏、10kVI段母线的开关柜烧损。事故后经现场调查,作出如下分析及防范措施建议。 

事故前运行方式

     

变电站接线示意图

110kV04开关运行,1#、2#变并列运行,带35kVⅠ、Ⅱ段负荷。2#变10kV侧开关断开,仅由1#主变带10kVⅠ、Ⅱ段负荷,10kV分段开关10在合闸位置。 

当时运行方式安排为2台主变110kV侧中性点不接地,35kV侧中性点不接地。

开关跳闸时序

                   

19:11     10kV 13开关速断动作,重合成功;

19:17    1 0kV母线分段开关10开关跳闸,发#变后备保护10KV过流保护动作信号;

19:21     站值守人员电话反映站内10KV高压室起火, 1#主变起火;

19:25     110kV上级开关跳闸。

设备受损情况

             

1)110KV: 1#主变外壳烧损严重,2#主变内部绕组损伤,变压器油呈黑色,中低压绕组开路(见附录1、附录2)。

2)35KV: 31开关烧损,316刀闸三相仅剩下底座(见附件3),311刀闸A相仅剩底座,3 5KVI段母线A、C相瓷瓶炸损,B相瓷瓶破碎导线脱落。

3)10KV: 1 0KVI段母线所有开关柜及连接设备均烧损,53开关柜内CT被炸成碎片,14、15出线同杆架设处绝缘线断线,瓷瓶损伤, 53出线0-1#杆断线,5、6#杆三相瓷瓶炸裂。

4) 1#变附近电缆沟电缆烧损严重, 1#主变至10KV高压室出线电缆烧毁。

检查情况

                    

      1)地网及避雷针:  

该站地网2005年9月测量值为0.308Ω, 按照投运后应小于0.7Ω算,接地电阻合格。事故后复测值为0.31Ω.地网经开挖2处检查,有部分生锈,但无严重腐蚀。地网和接地引下线均为φ12mm圆钢(少数为φ14mm圆钢)。事故后复核了避雷针的直击雷保护范围,结论为合格。

2)35kV出线:

35kV出线的1.5km架空线进线段设有双避雷线。4条出线经巡查未见雷击现象。站内35kV出线间隔电气设备均正常,现已恢复送电。

3)主变检查:

1#变油化验色谱分析数据显示有过热,但无乙炔。因中低压侧套管已损坏,未进行电气试验检查。

2#变油已呈深褐色,油样数据严重超标,显示有内部电弧放电。2#变高压侧直流电阻合格,但是中、低压侧有开路现象。

4)避雷器及动作记录检查:

110kV和35kV母线避雷器外观正常。35kVII段母线互32避雷器已临时恢复送电,110kV母线避雷器和35kV I段母线互31避雷器事故后电气试验结果合格。据集控中心操巡队7月5日记录与事故后避雷器计数器的动作次数比对,在此期间互31避雷器A相动作2次、B相动作1次。

5)母线短路电流计算值:

据调度提供的2008年该变电站母线三相短路电流计算值:110kV :3.05kA, 35kV :3.5kA, 10kV :8.3kA(二相短路电流小于上述值)。

6)雷电定位系统数据:

据查询雷电定位系统数据,因该站未经GPS时钟校准,将查询时段定为19:15-19:22,查询范围2km, 查询结果是在此时段内站附近对地落雷30个,雷电流最大128kA,最小16kA。

7)35、10kV系统的对地电容电流

该站35、10kV系统事故时为不接地系统,对地电容电流未测量过。主变35kV侧中性点的消弧线圈因认为线路不长、估计电容电流为6A,未超过规定的10A,长期未投运。

故障经过分析

             

       19时17分,10kV53线路在变电站近区遭雷击,绝缘外皮的架空线雷击断线造成线路弧光过电压,过电压沿线路侵入53开关,导致柜中CT被击穿发生爆炸,使53开关保护动作掉牌,但开关未能跳闸。 由于故障电流的存在1#主变低压侧后备保护动作,延时1秒跳开10kV分段开关10将10kVI、II段母线隔离,避免了II段母线设备损毁。

紧接着,10kVI段14、15线路因与10kV53线路相同原因造成CT爆炸。根据低压侧后备保护的动作时间及现场损坏情况分析,低压侧过流保护1秒跳分段,1.3秒跳11,在1.3秒前分段开关10跳同时,由于CT的爆炸造成直流短路。10kV直流保护电源空开被跳开。(根据现场调查情况,该站直流的配置情况是10kV的直流控制电源与保护电源共用一路直流电源,并经由一个空开控制。35kV、110kV直流控制电源与保护电源公用一路直流电源也经由一个空开控制。也就是说,只要有10kV或35kV户外直流电源瞬时短路,就会造成10kV保护或35kV保护失去直流工作电源,属设计不合理。事故中10kV、35kV、110kV直流空开已跳开。)

造成1#主变低压侧过流保护直流工作电源消失而返回。11主变低压开关无法跳开。因短路点不能切除,造成14、15开关柜持续放电,使CT爆炸后形成的金属蒸气弥漫至 个高压室,造成I段母线及所连开关柜内部多处相间及对地短路,出现连锁起火,部分控制电缆烧毁。引发直流系统多点接地,直流母线电压急剧下降,导致站内所有保护及控制回路失效。同时,因1#主变10kV侧短路持续,导致了1#主变低压侧出口至10kV室的电缆烧断。

在10kV开关柜爆炸的同时,室外1#主变35kV侧31开关区域遭直击雷,强大雷电流导致316、311刀闸粉碎性爆炸,B相母线瓷瓶炸裂,刀闸碎片将1#主变散热器击穿数十处,变压器油沿击穿孔外喷。雷击同时造成35kV母线A、B两相同时经构架接地体发生接地,导致A、B两相经构架接地体短路;母线构架及311刀闸构架接地引下线承受强大短路电流后,在电杆根部烧断,同时引发接地体在熔断处电弧放电,电弧引燃泄漏出的变压器油,致使1#主变散热器起火燃烧。

大火将1#主变35kV、10kV引线烧断,使1#主变中低压侧与故障隔离。在一次设备遭受雷击同时,31开关机构箱、端子箱也被摧毁,造成35kV、110kV直流空开跳闸,全站保护直流电源无工作电源。由于直流保护电源的中断,在后续的故障扩大转换的过程中,包括差动保护、瓦斯保护、110kV侧的后备保护均无法动作切除故障。

35kV母线短路后短路电流造成B相母线瓷瓶连接处铁附件熔断,导线脱落搭接在31开关与35KV母线引下线上,导致35KV母线三相完全短路。当时,1#、2#变35kV侧并列运行,由于1#主变35kV侧因316刀闸粉碎性炸裂使主变与35KV母线断开,使1#主变35kV侧避免了短路电流冲击,但2#变35kV出口处因持续短路,造成2#变内部绕组严重受损,绝缘油变色发黑。

在站内发生故障期间,该站110kV进线近区因雷击A相接地,19:21该线路首端线路保护接地距离二段动作,开关跳闸并重合成功。

根据保护整定原则,该线路保护范围不包括1#、2#主变中、低压侧。开关重合后,因中低压故障未切除,造成首端线路开关过负荷动作。经4分钟后,19:25,110kV线路再次发生单相接地故障而动作跳闸,跳闸后未重合(因过负荷闭锁重合闸),至此,该站全站失压,故障切除。事故后,站内保护经检验定值正确,整组试验动作正确。

原因分析

             

        遭遇多次、多处雷击是造成此次事故的主要原因。 雷电定位系统的数据也显示有多次落雷。

10kV的3条线路在变电站出口处先后遭遇雷击,GG1A开关柜设备陈旧,CT的绝缘薄弱发生爆炸,使线路保护失效。因开关柜不是封闭式,一台开关爆炸就迅速波及至整个母线隔室。

关于1#主变35kV侧区域的直击雷,4个独立避雷针位于站的4个角(有一个在围墙外),虽经校核保护范围合格,但1#主变的35kV侧区域处于正中的“锅底区”,被保护的裕度最小。35kV线路及站内出线间隔的设备均完好,无证据说明是沿线路进波。1#主变的35kV侧316刀闸支柱瓷瓶和金属件粉碎、仅余底座,水泥构架支柱损坏严重,但是35kV母线的三相短路电流仅3.5kA,不至于造成如此严重的后果。因此认为此处是直击雷。

从继电保护保护动作情况可见,造成本次事故扩大的主要原因是电源设计配置不合理。由于老站设计上的缺陷,控制电源与保护电源未分开,某一控制电源在事故中瞬时短路,将造成保护电源中断而使保护无法工作。

存在问题

             

       (1)由于该站为1976年建站,虽经多次改造,但防雷设施未经大的改造,站内整体防雷水平偏低,存在防雷薄弱点。

(2) 电缆沟内强、弱电缆混合敷设。

(3) 控制电源与保护电源未分开设置。

(4) 10KV开关柜为GG1A式开关柜,一旦着火,极易殃及相邻间隔。

(5) 事故发生时,运行人员应急处理不及时。

防范措施

             

        (1) 提高该站防雷水平。 在110kV、35kV母线构架上增设避雷针,将构架φ12接地体更换为60*6扁钢。

(2) 更换10kV开关柜为封闭性开关柜,柜内CT选用高质量CT。

(3) 将变压器三侧电源分开,并将各侧控制电源与保护电源分开设置。

(4) 电缆敷设时严格隔离强电、弱电电缆。

(5) 10kV主变出口避雷器增设计数器。

(6) 测量35kV和10kV系统的对地电容电流,如超标应投入、安装消弧线圈。

(7) 加强运行人员的业务培训,开展有针对性反事故演练,提高应急处理能力。

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