一起10千伏避雷器爆炸事故引发的技术思考

摘要：　针对一起主变10千伏侧开关柜内避雷器爆炸引起的10千伏侧后备保护、110千伏侧后备保护动作的事例，通过对主变10千伏侧开关柜内避雷器安装位置的分析，找出了主变110千伏后备保护动作的原因，并针对此次分析过程中发现的一些问题进行了详细的论证，同时提出了主变保护定值设置的新思路、新方法。

关键词：　避雷器；主变保护；安装位置；短路分析

中图分类号：　TM862 文献标识码：A

1　事故经过

1.1　事故前电网运行方式

某变电站110千伏母线、35千伏母线、10千伏母线均为单母线接线方式，110千伏线路甲1113、1号主变1101在110千伏I母运行；1号主变3501在热备用状态；10千伏五条出线、1号所用变1006、1号电容器10R1在10千伏　I母运行；跳闸前1号主变负荷为4.7MW（主变容量为40MW）。

1.2　保护动作情况

某日，某变电站1号主变10千伏侧后备保护装置复压过流II段保护动作，1号主变1001断路器跳闸。889毫秒后1号主变110千伏侧后备保护装置复压过流II段保护动作，1号主变1101断路器跳闸。

2 事故分析

2.1 事故后运行人员现场检查发现1号主变10千伏侧开关柜内避雷器爆炸，经现场检查主变装置定值与定值单相符。定值单中要求：10千伏侧后备保护0.7秒跳本侧断路器，110千伏侧后备保护1.6秒跳三侧断路器，因主变35千伏侧在热备用状态，故此次110千伏侧后备保护仅跳开110千伏侧断路器。故障时保护装置的动作行为与设置的相同，保护装置的动作行为正确。

2.2 在主变10千伏侧后备保护动作跳开后，为何主变110千伏侧后备保护还能采到故障电流而使保护动作跳闸？解答这个问题需先弄清楚故障点的位置，如图1所示，发生爆炸的避雷器安装在主变10千伏侧电流互感器与断路器之间，用来保护断路器的断口免受瞬时过电压危害。故障录波图显示，10千伏系统在20点13分至20点31分出现了间歇性的三相谐振过电压，电压最高A相166V，电压B相87.9V，　电压C相171.7V。系统谐振过电压使避雷器绝缘击穿，发生相间弧光短路而避雷器三相爆炸。短路时主变有源侧（110千伏侧）向故障点提供短路电流，故障点不在差动保护范围内，主变110千伏侧、10千伏侧保护用电流互感器同时流过故障电流，对主变差动保护来说为穿越性电流，故主变差动保护不动作。且因10千伏侧后备保护时间0.7秒比110千伏侧后备保护时间1.6秒短，故10千伏侧后备保护先动作跳开1001断路器。1001断路器断开后，仍由主变有源侧（110千伏侧）向故障点提供短路电流，直至899毫秒后110千伏侧后备保护动作跳开高压侧断路器，故障才被切除。

2.3 主变差动保护的作用是防御变压器内部（本体和引出线）的多相短路，大接地系统单相接地短路以及绕组匝间短路。避雷器在不在主变差动保护的范围内，如图1、2所示与避雷器的安装位置有较大的关系。《国家电网公司十八项重大电网反事故措施（修订版）》9.1.5条中规定：为防止出口及近区短路，变压器35千伏及以下低压母线应考虑绝缘化，10千伏的线路、变电站的出口2公里内应考虑绝缘导线。10千伏开关柜内避雷器故障，明显属于变压器的近区短路故障，故障时间的长短将对变压器的绕组等造成不同程度的损害。因此，在变压器的近端发生故障时，快速的切除故障对防止变压器损害有着重要的意义。

2.4 在低压母线未配置母线保护时，将主变10千伏侧开关柜内的电流互感器与避雷器的安装位置对换，如图2所示，当避雷器发生故障时，主变10千伏侧保护电流互感器未流过故障电流，仅110千伏侧保护电流互感器流过故障电流，故障点在主变差动保护范围内，比率差动保护动作，将保证在100ms内切除故障，极大的缩短故障时间。

3　故障分析结果

通过对保护用避雷器的安装位置的分析，本文认为，在制造工艺允许的情况下，将避雷器安装在图2的位置较合适，避雷器不但能起到保护断路器的断口免受瞬时过电压的作用，在自身故障时还能通过主变差动保护快速的切除故障，减少对主变压器的影响。

4　防范措施

4.1 《国家电网公司十八项重大电网反事故措施（修订版）》中14.5.1条规定：在中性点不接地的6～35千伏系统，应根据电网发展每3～5年进行一次电容电流测试。当单相接地故障电容电流超过《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》（DL/T620-1997）规定时，应及时地装设消弧线圈，单相接地电流虽未达到规定值，也可根据运行经验装设消弧线圈，消弧线圈的容量应能满足过补偿的运行要求。应在该变电站加装过补偿的消弧线圈从而减少设备谐振过电压的几率。

4.2 在制造工艺允许的情况下，将避雷器安装在图2的位置较合适，新建变电站设备主变10千伏侧开关柜内的设备应按图2位置安装，实现其一直处于差动保护范围的状态。

4.3 在避雷器安装位置未改变前，三圈变单主变单母线运行方式可采取主变10千伏侧后备保护过流1时限0.7秒跳本侧，过流2时限1.0秒跳主变三侧（主变高压侧后备保护1.6秒跳三侧）；双主变单母分段方式可采取主变10千伏侧后备保护过流1时限0.7秒跳分段，过流2时限1.0秒跳本侧，过流3时限1.3秒跳主变三侧（主变高压侧后备保护1.9秒跳三侧）。此种保护设置可以比主变高压侧后备保护动作切除故障时缩短0.6秒，一定程度上缩短了变压器承受短路电流的时间。

4.4在避雷器安装位置未改变前，也可以考虑在该站10千伏开关柜内加装弧光保护来解决。该保护采用检测弧光和过流双判据原理，由于电弧光能在短路故障发生后1ms内很快产生，而在非故障状态下母线处不可能产生电弧，因而弧光保护具有原理简单、动作可靠、速度快等优点。在35千伏及以下电压等级的母线由于不涉及稳定问题，一般都未装设母线保护。但中低压母线上的各种出线多，操作也相对频繁，三相导体线间距离与大地的距离较近，容易受外界导体的危害，并出现设备绝缘老化和机械磨损，运行条件恶劣，人为和操作错误等问题，而快速母线保护的出现正好解决了这个难题。由于中低压母线故障一般发生在开关柜内，可以通过在开关柜内装设弧光探头的方式迅速找到并切除故障。含断路器动作时间整个跳闸过程不超过100ms，同时由于采用了弧光和过流双判据减少了误跳的产生，从而极大的提高了中低压母线运行的安全性和可靠性。

参考文献

[1]　国家电力调度通信中心编.电力系统继电保护实用技术问答[M].中国电力出版社.2000.

[2]　江苏省电力公司编.电力系统继电保护原理与实用技术[M].中国电力出版社.2006.

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