01

概述

XX年X月X日19時(shí)許，110kV某變電站區域持續降雨雷暴天氣，據當地人和線(xiàn)路維護站職工反映，故障發(fā)生時(shí)，雷聲不斷，云頭很低，落雷密度很大。19時(shí)17分左右，突降雷暴，10kV53、14、15線(xiàn)路在距變電站不到100m處斷線(xiàn)，線(xiàn)路瓷瓶炸裂，隨即引發(fā)變電站設備損毀事故，造成2臺主變損壞、1#主變35kV側刀閘及開(kāi)關(guān)損壞、10kVI段母線(xiàn)的開(kāi)關(guān)柜燒損。事故后經(jīng)現場(chǎng)調查，作出如下分析及防范措施建議。 

02

變電站接線(xiàn)示意圖

110kV04開(kāi)關(guān)運行，1＃、2＃變并列運行，帶35kVⅠ、Ⅱ段負荷。2＃變10kV側開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，僅由1＃主變帶10kVⅠ、Ⅱ段負荷，10kV分段開(kāi)關(guān)10在合閘位置。 

當時(shí)運行方式安排為2臺主變110kV側中性點(diǎn)不接地，35kV側中性點(diǎn)不接地。

03

運行記錄及開(kāi)關(guān)跳閘記錄

19:11    10kV 13開(kāi)關(guān)速斷動(dòng)作，重合成功；

19:17   10kV母線(xiàn)分段開(kāi)關(guān)10開(kāi)關(guān)跳閘，發(fā)＃變后備保護10KV過(guò)流保護動(dòng)作信號；

19:21    站值守人員電話(huà)反映站內10KV高壓室起火， 1＃主變起火；

19:25    110kV上級開(kāi)關(guān)跳閘。

04

設備受損情況

1）110KV：1＃主變外殼燒損嚴重，2＃主變內部繞組損傷，變壓器油呈黑色，中低壓繞組開(kāi)路（見(jiàn)附錄1、附錄2）。

2）35KV：31開(kāi)關(guān)燒損，316刀閘三相僅剩下底座（見(jiàn)附件3），311刀閘A相僅剩底座，35KVI段母線(xiàn)A、C相瓷瓶炸損，B相瓷瓶破碎導線(xiàn)脫落。

3）10KV：10KVI段母線(xiàn)所有開(kāi)關(guān)柜及連接設備均燒損，53開(kāi)關(guān)柜內CT被炸成碎片，14、15出線(xiàn)同桿架設處絕緣線(xiàn)斷線(xiàn)，瓷瓶損傷， 53出線(xiàn)0－1＃桿斷線(xiàn)，5、6＃桿三相瓷瓶炸裂。

4）1＃變附近電纜溝電纜燒損嚴重， 1＃主變至10KV高壓室出線(xiàn)電纜燒毀。

05

事故后現場(chǎng)檢查及各方面調查情況

1）地網(wǎng)及避雷針： 

該站地網(wǎng)2005年9月測量值為0.308Ω, 按照投運后應小于0.7Ω算,接地電阻合格。事故后復測值為0.31Ω.地網(wǎng)經(jīng)開(kāi)挖2處檢查，有部分生銹，但無(wú)嚴重腐蝕。地網(wǎng)和接地引下線(xiàn)均為φ12mm圓鋼（少數為φ14mm圓鋼）。事故后復核了避雷針的直擊雷保護范圍，結論為合格。

2）35kV出線(xiàn)：

35kV出線(xiàn)的1.5km架空線(xiàn)進(jìn)線(xiàn)段設有雙避雷線(xiàn)。4條出線(xiàn)經(jīng)巡查未見(jiàn)雷擊現象。站內35kV出線(xiàn)間隔電氣設備均正常，現已恢復送電。

3）主變檢查：

1＃變油化驗色譜分析數據顯示有過(guò)熱，但無(wú)乙炔。因中低壓側套管已損壞，未進(jìn)行電氣試驗檢查。

2＃變油已呈深褐色，油樣數據嚴重超標，顯示有內部電弧放電。2＃變高壓側直流電阻合格，但是中、低壓側有開(kāi)路現象。

4）避雷器及動(dòng)作記錄檢查：

110kV和35kV母線(xiàn)避雷器外觀(guān)正常。35kVII段母線(xiàn)互32避雷器已臨時(shí)恢復送電，110kV母線(xiàn)避雷器和35kV I段母線(xiàn)互31避雷器事故后電氣試驗結果合格。據集控中心操巡隊7月5日記錄與事故后避雷器計數器的動(dòng)作次數比對，在此期間互31避雷器A相動(dòng)作2次、B相動(dòng)作1次。

5)母線(xiàn)短路電流計算值：

據調度提供的2008年該變電站母線(xiàn)三相短路電流計算值：110kV ：3.05kA, 35kV ：3.5kA, 10kV ：8.3kA（二相短路電流小于上述值）。

6）雷電定位系統數據：

據查詢(xún)雷電定位系統數據，因該站未經(jīng)GPS時(shí)鐘校準，將查詢(xún)時(shí)段定為19：15－19：22,查詢(xún)范圍2km, 查詢(xún)結果是在此時(shí)段內站附近對地落雷30個(gè)，雷電流最大128kA，最小16kA。

7）35、10kV系統的對地電容電流

該站35、10kV系統事故時(shí)為不接地系統，對地電容電流未測量過(guò)。主變35kV側中性點(diǎn)的消弧線(xiàn)圈因認為線(xiàn)路不長(cháng)、估計電容電流為6A，未超過(guò)規定的10A，長(cháng)期未投運。

06

故障經(jīng)過(guò)分析

19時(shí)17分，10kV53線(xiàn)路在變電站近區遭雷擊，絕緣外皮的架空線(xiàn)雷擊斷線(xiàn)造成線(xiàn)路弧光過(guò)電壓，過(guò)電壓沿線(xiàn)路侵入53開(kāi)關(guān)，導致柜中CT被擊穿發(fā)生爆炸，使53開(kāi)關(guān)保護動(dòng)作掉牌，但開(kāi)關(guān)未能跳閘。由于故障電流的存在1＃主變低壓側后備保護動(dòng)作，延時(shí)1秒跳開(kāi)10kV分段開(kāi)關(guān)10將10kVI、II段母線(xiàn)隔離，避免了II段母線(xiàn)設備損毀。

緊接著(zhù)，10kVI段14、15線(xiàn)路因與10kV53線(xiàn)路相同原因造成CT爆炸。根據低壓側后備保護的動(dòng)作時(shí)間及現場(chǎng)損壞情況分析，低壓側過(guò)流保護1秒跳分段，1.3秒跳11，在1.3秒前分段開(kāi)關(guān)10跳同時(shí)，由于CT的爆炸造成直流短路。10kV直流保護電源空開(kāi)被跳開(kāi)。（根據現場(chǎng)調查情況，該站直流的配置情況是10kV的直流控制電源與保護電源共用一路直流電源，并經(jīng)由一個(gè)空開(kāi)控制。35kV、110kV直流控制電源與保護電源公用一路直流電源也經(jīng)由一個(gè)空開(kāi)控制。也就是說(shuō)，只要有10kV或35kV戶(hù)外直流電源瞬時(shí)短路，就會(huì )造成10kV保護或35kV保護失去直流工作電源，屬設計不合理。事故中10kV、35kV、110kV直流空開(kāi)已跳開(kāi)。）

造成1＃主變低壓側過(guò)流保護直流工作電源消失而返回。11主變低壓開(kāi)關(guān)無(wú)法跳開(kāi)。因短路點(diǎn)不能切除，造成14、15開(kāi)關(guān)柜持續放電，使CT爆炸后形成的金屬蒸氣彌漫至整個(gè)高壓室，造成I段母線(xiàn)及所連開(kāi)關(guān)柜內部多處相間及對地短路，出現連鎖起火，部分控制電纜燒毀。引發(fā)直流系統多點(diǎn)接地，直流母線(xiàn)電壓急劇下降，導致站內所有保護及控制回路失效。同時(shí)，因1＃主變10kV側短路持續，導致了1＃主變低壓側出口至10kV室的電纜燒斷。

在10kV開(kāi)關(guān)柜爆炸的同時(shí)，室外1#主變35kV側31開(kāi)關(guān)區域遭直擊雷，強大雷電流導致316、311刀閘粉碎性爆炸，B相母線(xiàn)瓷瓶炸裂，刀閘碎片將1#主變散熱器擊穿數十處，變壓器油沿擊穿孔外噴。雷擊同時(shí)造成35kV母線(xiàn)A、B兩相同時(shí)經(jīng)構架接地體發(fā)生接地，導致A、B兩相經(jīng)構架接地體短路；母線(xiàn)構架及311刀閘構架接地引下線(xiàn)承受強大短路電流后，在電桿根部燒斷，同時(shí)引發(fā)接地體在熔斷處電弧放電，電弧引燃泄漏出的變壓器油，致使1#主變散熱器起火燃燒。

大火將1＃主變35kV、10kV引線(xiàn)燒斷，使1＃主變中低壓側與故障隔離。在一次設備遭受雷擊同時(shí)，31開(kāi)關(guān)機構箱、端子箱也被摧毀，造成35kV、110kV直流空開(kāi)跳閘，全站保護直流電源無(wú)工作電源。由于直流保護電源的中斷，在后續的故障擴大轉換的過(guò)程中，包括差動(dòng)保護、瓦斯保護、110kV側的后備保護均無(wú)法動(dòng)作切除故障。

35kV母線(xiàn)短路后短路電流造成B相母線(xiàn)瓷瓶連接處鐵附件熔斷，導線(xiàn)脫落搭接在31開(kāi)關(guān)與35KV母線(xiàn)引下線(xiàn)上，導致35KV母線(xiàn)三相完全短路。當時(shí)，1#、2#變35kV側并列運行，由于1#主變35kV側因316刀閘粉碎性炸裂使主變與35KV母線(xiàn)斷開(kāi)，使1#主變35kV側避免了短路電流沖擊，但2#變35kV出口處因持續短路，造成2#變內部繞組嚴重受損，絕緣油變色發(fā)黑。

在站內發(fā)生故障期間，該站110kV進(jìn)線(xiàn)近區因雷擊A相接地，19：21該線(xiàn)路首端線(xiàn)路保護接地距離二段動(dòng)作，開(kāi)關(guān)跳閘并重合成功。

根據保護整定原則，該線(xiàn)路保護范圍不包括1＃、2＃主變中、低壓側。開(kāi)關(guān)重合后，因中低壓故障未切除，造成首端線(xiàn)路開(kāi)關(guān)過(guò)負荷動(dòng)作。經(jīng)4分鐘后，19：25,110kV線(xiàn)路再次發(fā)生單相接地故障而動(dòng)作跳閘，跳閘后未重合（因過(guò)負荷閉鎖重合閘），至此，該站全站失壓，故障切除。事故后，站內保護經(jīng)檢驗定值正確，整組試驗動(dòng)作正確。

07

事故原因分析

遭遇多次、多處雷擊是造成此次事故的主要原因。雷電定位系統的數據也顯示有多次落雷。

10kV的3條線(xiàn)路在變電站出口處先后遭遇雷擊，GG1A開(kāi)關(guān)柜設備陳舊，CT的絕緣薄弱發(fā)生爆炸，使線(xiàn)路保護失效。因開(kāi)關(guān)柜不是封閉式，一臺開(kāi)關(guān)爆炸就迅速波及至整個(gè)母線(xiàn)隔室。

關(guān)于1＃主變35kV側區域的直擊雷，4個(gè)獨立避雷針位于站的4個(gè)角（有一個(gè)在圍墻外），雖經(jīng)校核保護范圍合格，但1＃主變的35kV側區域處于正中的“鍋底區”，被保護的裕度最小。35kV線(xiàn)路及站內出線(xiàn)間隔的設備均完好，無(wú)證據說(shuō)明是沿線(xiàn)路進(jìn)波。1＃主變的35kV側316刀閘支柱瓷瓶和金屬件粉碎、僅余底座，水泥構架支柱損壞嚴重，但是35kV母線(xiàn)的三相短路電流僅3.5kA,不至于造成如此嚴重的后果。因此認為此處是直擊雷。

從繼電保護保護動(dòng)作情況可見(jiàn)，造成本次事故擴大的主要原因是電源設計配置不合理。由于老站設計上的缺陷，控制電源與保護電源未分開(kāi)，某一控制電源在事故中瞬時(shí)短路，將造成保護電源中斷而使保護無(wú)法工作。

08

存在的問(wèn)題

（1）由于該站為1976年建站，雖經(jīng)多次改造，但防雷設施未經(jīng)大的改造，站內整體防雷水平偏低，存在防雷薄弱點(diǎn)。

（2）電纜溝內強、弱電纜混合敷設。

（3）控制電源與保護電源未分開(kāi)設置。

（4）10KV開(kāi)關(guān)柜為GG1A式開(kāi)關(guān)柜，一旦著(zhù)火，極易殃及相鄰間隔。

（5）事故發(fā)生時(shí)，運行人員應急處理不及時(shí)。

09

防范措施

（1）提高該站防雷水平。在110kV、35kV母線(xiàn)構架上增設避雷針，將構架φ12接地體更換為60*6扁鋼。

（2）更換10kV開(kāi)關(guān)柜為封閉性開(kāi)關(guān)柜,柜內CT選用高質(zhì)量CT。

（3）將變壓器三側電源分開(kāi)，并將各側控制電源與保護電源分開(kāi)設置。

（4）電纜敷設時(shí)嚴格隔離強電、弱電電纜。

（5）10kV主變出口避雷器增設計數器。

（6）測量35kV和10kV系統的對地電容電流，如超標應投入、安裝消弧線(xiàn)圈。

（7）加強運行人員的業(yè)務(wù)培訓，開(kāi)展有針對性反事故演練，提高應急處理能力。