“11.10”220kV 3#主变差动保护动作全站失电事故研究

付歆钊

（云南天安化工有限公司，云南 昆明 650309）

1 事故单位基本情况

1.1 220kV 总降压站概况

云南天安化工有限公司220kV 总降压站为云天化草铺工业园区供电，该站按二级负荷设计，于1995年12月竣工投运。设备型号：SFPSZ9-150000/220（GY），容量为2×15 万KVA主变2 台，站内含220kV、110kV、35kV、33.3kV、6kV 等电压等级，目前供电最大需量约9 万kW，平均负荷6.8 万kW。

1.2 供电运行方式基本情况

两回220kV 线路分列运行实现双回路供电，母联备用电源自投装置（BZT）处于投入位。站内目前运行方式为一台主变运行、一台主变热备用。当运行变压器故障时，需手动恢复热备变压器，正常情况下，需要10 ～20min 恢复供电。

1.3 3#主变今年运行情况

2019年6月完成最近一次预防性试验，试验结论为合格，2020年1月～5月，3#主变处于备用状态。2020年5月对变压器本体油分析，试验结论为合格。试验周期均按中国南方电网责任公司Q/CSG114002-2011《电气设备预防性试验规程》进行。2020年5月3#主变按《石油化工设备维护检修规程第六册电气设备》规程开展小修、绝缘测试合格，并投运至事故发生之日。期间每班按时巡检，记录运行参数，主变及附属设备均正常运行，未发异常情况。

2 事故经过及事故应急处置情况

事 故 经 过：2020年11月10 日17：01，220kV3#主 变差动保护动作，四侧开关跳闸，全站失电。3#主变主保护比率差动保护动作，差动保护动作值( 二次值)：A 相：5.267A，B 相：7.458A，C 相：5.199A，联跳3#主变四侧断路器。（定值按昆明供电局电力调度中心2010年3月11 日下发通知单整定：最小动作电流值：1.64A，最小制动电流2.952A,比率制动系数0.5）。确认3#主变开关故障四侧开关跳闸后，立即对处于热备用状态的1#主变进行投运，17：21 分1#主变由热备转为运行，恢复220kV 变电站供电，各生产装置陆续组织恢复生产。

3 事故原因及性质

3.1 事故原因分析

直接原因：3#电抗器分支3-Ⅱ段母排三相弧光短路造成主变差动保护动作。

主要原因：3#电抗器B 相绕组绝缘下降、直阻超标。B相电抗器因层间绝缘损坏，形成层间回路短接，导致该臂自感瞬时大幅变化，在互感的作用下形成叠加，导致该臂阻抗瞬时发生较大变化，故在该臂线圈及出线母排上形成较高的过电压，导致B 相母线对A、C 相母线放电击穿，形成三相弧光短路，主变差动保护可靠动作切除故障点。电抗器为25年前安装投产设备，现场缺乏有效的监控及预警系统，设备发生故障时无提前预判预警功能。

3.2 事故现场调查

220kV 总降供电系统恢复后（由1#主变带所有负荷），装备管理中心立即组织对3#主变相关设备进行检查，发现明显故障特征的有3 个地方：（1）3#主变6kV 侧出线电抗器II 段母线有弧光短路的痕迹；（2）6kV 侧出线电抗器B 相有发热痕迹；（3）母排A 相三处瓷瓶损坏。

3.3 专业检测

在检查同时，联系有相关资质的单位开展相关试验，于11月11 ～12 日对3#主变及所属相关一、二次设备进行试验检查。具体情况如下：（1）3#主变220kV 侧、110kV 侧、6kV 侧断路器线圈直流电阻及绝缘电阻测量、分合闸线动作电压、分合闸时间及同期、导电回路电阻测量，CT 绝缘、直阻及励磁特性进行试验。（2）3#主变绕组连同套管直流电阻、绕组变形、绝缘（吸收比）测试、本体油分析、绕组连同套管介损、各侧套和绝缘、介损及电容量测试。（3）3#电抗器直流电阻、耐压、绝缘电阻测试。（4）3#主变保护全检。

如表1 经过试验数据分析：3#主变、3#主变四侧开关、3#主变保护装置试验数据显示上述设备完好。3#电抗器B 相直阻超标，不符合投运条件。

表1

3.4 技术分析

三相母排弧光短路原因分析如下：3#主变6kV 侧限流电抗器为分裂电抗器（见图1、图2），电抗器正常运行时，由于两分支里电流方向相反，电抗器的两臂自感可通过互感进行抵消，使两分支的电抗减小，分裂电抗器每个分段的电抗相当于普通电抗器电抗的1/4，因而电压损失减小，使负荷电流造成的电压损失较普通电抗器小。当一分支出线发生短路时，该分支流过短路电流，分裂电抗器每个分段电抗较正常运行值增大四倍，故限制短路的作用比正常运行值大，使母线的残余电压较高。当两个分支负荷偏差较大，将引起两分段电压偏差增大，使分段电压波动较大，造成用户电动机工作不稳定，甚至分段出现过电压。

图1 正常运行状态下的分裂电抗器

图2 正常运行时的偏移

2010年，该电抗器B 相II 段出线发生短路造成绕组损坏，后经修复后运行，此次发现该修复部位绝缘层有明显老化、发黑的迹象，可断定该部位绝缘严重下降。2021年5月投运前正常检视，未发现异常。根据运行记录可知，事故发生前该电抗器I 段出线运行电流2100A 左右，II 段出线运行电流1200A 左右，功率因数0.87，两臂运行存在较大不平衡，正常运行时不影响系统运行。根据计算公式可知，两臂的运行电压偏移量，与两臂运行电流、电流无功分量（通过功率因数体现）、电抗器短路阻抗及电感量（自感及互感）相关。事故发生时，B 相电抗器因层间绝缘损坏，在6kV 电压的作用下，形成层间回路短接，导致该臂自感瞬时大幅变化，而另一臂形成的互感，与该侧变化的自感方向一致，形成叠加，导致该臂阻抗瞬时发生较大变化，故在该臂线圈及出线母排上形成较高的过电压，导致B 相母线对A、C 相母线放电击穿，形成三相弧光短路，主变差动保护可靠动作切除故障点。