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地凯防雷:变压器避雷器被击穿,应该如何检修和防范?

国网舟山供电公司的研究人员张雄清、万方培等,在2019年第3期《电气技术》杂志上撰文(论文标题为“一起35kV变压器中性点避雷器故障分析”),介绍不接地系统变压器中性点可能出现的各种过电压,通过安装中性点避雷器保护设备免受破坏。避雷器选型正确与否,直接关系到系统正常运行。 通过一起线路接地故障造成主变中性点避雷器击穿原因分析,查找避雷器故障部位,提出变压器中性点避雷器选型原则和检修过程注意事项。

对于变电站的变压器来说,由于多相或者单相雷电冲击波的入侵、电力系统的操作和不对称故障产生的过电压,使变压器中性点承受过大的电压,所以不接地变压器的中性点需要设置保护装置对雷电和操作过电压进行保护。而当电网发生单相接地故障或在非全相运行时,中性点工频暂态和稳态电压升高,也需要保护装置进行保护。

目前,变压器中性点保护装置逐渐完善,中性点发生故障的概率也大大减小,但是中性点过电压的保护仍是电网运行中不可或缺的重要组成部分,若重视不够,则可能会给整个电网带来严重事故。

1 变压器中性点过电压(略)

电力系统中,过电压一般分为两类,即外部过电压和内部过电压。

2 全绝缘变压器中性点避雷器选型

在电力系统中,35kV及以下变压器中性点的绝缘水平与线端绝缘水平一样,即全绝缘变压器。全绝缘变压器中性点可选用不大于通常相-地避雷器保护水平来保护,通过相对地避雷器参数见表1。

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表1 典型的电站用避雷器参数

当线路异常情况,如接地、操作过电压和雷击,变压器中性点对地的过电压比线路过电压要小,因此中性点避雷器的额定电压可以选用相对较小值,建议选用以下3种避雷器作为中性点过压保护。

  • 1)选用相同电压等级的典型相-地避雷器

  • 2)设计与典型的相对地避雷器设计一样,额定电压可以降低,但不小于典型相对地避雷器额定电压的60%。

  • 3)降低保护水平的特殊避雷器

3 案例分析

2018年2月23日05:48:29,虾峙变与桃花变之间的虾桃3551线海缆发生B相接地,桃花变1#主变中性点避雷器击穿。主变中性点避雷器型号为Y1.5W-30/80,厂家为宁波国创,2009年生产,U1mA=45kV额定电压30kV,系统电压35kV,历史数据见表2。主变为全绝缘变压器,型号为SZ10-20000/35,厂家为江苏华鹏,接线组别YNd11。

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表2 1#主变中性点避雷器历史数据

3.1 事故经过

故障发生前,35kV桃花变虾桃3551线运行,但基本没有电流。35kV母分开关运行,桃登3553线热备用,1#主变运行,2#主变热备用,35kV Ⅰ段母线、Ⅱ段母线运行,10kV Ⅰ段母线、Ⅱ段母线运行,10kV母分开关运行,35kV备自投运行,35kV系统采用不接地运行方式。

2月23日5:48:29虾桃3551线保护起动,5:48:29:695,过流Ⅱ段动作,跳虾桃3551线开关。故障录波图图形显示,虾桃3551线B相接地,虾桃3551线没有正序电流、负序电流,只有零序电流,且三相电流大小相等、相位相同,有效值达到4.25A。

3.2 原因分析

经过排查发现虾峙变与桃花变之间的虾桃3551线海缆发生B相接地,1#主变中性点避雷器击穿,分别如图1、图2所示。击穿避雷器解体后内部元件如图3所示。

虾桃3551线海缆发生B相接地后,虾桃3551线立刻出现零序电流,且远高于正常运行时的电流,而线路AC两相的电压还是相电压,而不是线电压。因此可以得出结论,虾桃3551线在出现B相单相接地后,1#主变中性点避雷器立刻发生击穿。

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图1 击穿的避雷器

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图2 避雷器压力释放口

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图3 击穿避雷器内部元件

桃花变只有一条虾桃3551线进线,无其他进线电源,在发生虾桃3551线B相接地和1#主变中性点接地后,变压器AC两相高压绕组从系统受电,为一次侧,其10kV低压绕组为二次侧。线路B相接地时,高压侧的正序、负序阻抗近似无穷大,相当于变压器低压侧开路。

三相低压绕组的电压分别为Ua、Ub、Uc相低压绕组串联,电压UaUc施加于B相低压绕组,所以变压器B相的低压绕组相当于一次侧,其高压绕组相当于二次侧。B相高压绕组输出电压UbN向线路供给短路电流,因低压侧相当于串联回路,电流大小相等,方向相同,高压侧绕组也出现大小相等,方向相同的电流,这与故障录波数据一致,进一步证明了线路B相在接地后,1#变中性点避雷器也立刻击穿。

35kV系统属于不接地系统,正常情况下发生单相接地后,系统允许短时间运行,此时未接地相电压上升到线电压,接地相电压为0,中性点电压升为相电压。桃花变发生单相接地后,根据式(2)计算单相接地后,1#主变中性点最高可能出现电压为23.1kV,而避雷器铭牌额定电压为30kV;如果避雷器绝缘良好,就不可能发生立刻击穿现象。

根据全绝缘变压器中性点避雷器选型原则,按照第二条选择典型相对地避雷器额定电压的60%避雷器,因此可以排除设备选型不符合,过电压造成避雷器击穿。

1#主变中性点避雷器在正常运行情况下,中性点基本不会有电压,可以排除ZnO避雷器阀片老化,引起绝缘下降,造成避雷器击穿。因此1#主变中性点避雷器击穿是由于受潮,引起绝缘下降,造成击穿。1#主变中性点避雷器历史数据合格,可以排除生产过程中阀片及内部零部件烘干不彻底,有部分潮气滞留,造成避雷器受潮。

由此可以得出结论,1#主变中性点避雷器是在运行过程中受潮。1#主变中性点避雷器上下密封面都是通过螺栓固定的,密封良好。压力释放喷口如图2所示,压力释放装置已动作,从图中可以看出喷口的密封主要靠表面胶水,没有密封圈,也没有任何固定,随着运行年限增加,胶水会老化,造成密封不良,潮气进入。因此,1#主变中性点避雷器受潮是由于压力释放装置盖板密封不良引起的。

结论

综上所述,1#主变中性点避雷器压力释放盖板密封不良受潮击穿,引起1#主变中性点接地,造成虾桃3551保护动作。为了有效防止线路单相接地引起主变中性点避雷器击穿,建议选用生产技术成熟、口碑良好的厂家。额定电压选用典型设计相对地避雷器,把好设备入门关,严格根据周期开展C级检修,及时更换存在隐患避雷器,将隐患从源头消除,确保系统安全稳定的运行。


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