天津市紅旗路變電站#1號(hào)主變事故分析

1、please get the right person into the car, and get off the unsuitable person.模板參考（頁(yè)眉可刪）天津市紅旗路變電站#1號(hào)主變事故分析 2000年8月8日22：50，天津市紅旗路變電站1號(hào)主變差動(dòng)、重瓦斯保護(hù)動(dòng)作，2201、301、201開關(guān)掉閘，245自投成功。1號(hào)主變壓力釋放閥動(dòng)作。35kv。5母差動(dòng)作，302開關(guān)掉閘：1-0避雷器動(dòng)作一次。23：20合302，0：5535kv線路恢復(fù)正常。(通過故障錄波圖進(jìn)行事故追憶顯示1號(hào)主變301掉閘時(shí)間為22：5222755，5母差切302時(shí)間為22：5223525)。1 現(xiàn)

2、場(chǎng)檢查(1)1號(hào)主變壓力釋放閥噴油，瓦斯繼電器有氣體，進(jìn)行油色譜分析：瓦斯繼電器處取油樣乙炔值為1784ppm；下部放油閥取油樣乙炔值為92ppm，分析結(jié)論：總烴、乙炔超過注意值，為高能量放電性事故；電氣試驗(yàn)直阻、絕阻、空載不合格，判斷為c相繞組短路；變形試驗(yàn)確定為中壓側(cè)cm相繞組有變形，判斷為中壓側(cè)cm相繞組有故障；(2)檢查346-4刀閘發(fā)現(xiàn)動(dòng)靜觸頭相間放電、動(dòng)觸頭與網(wǎng)門三相放電，刀閘損壞。(3)35kv母線刀閘瓷瓶無(wú)放電痕跡，當(dāng)天無(wú)工作，無(wú)操作。值班人員在22：00巡視未見異常。(4)35kv避雷器本年度預(yù)防性試驗(yàn)合格。(5)35kv接地信號(hào)裝置檢查正常，接地延時(shí)1，但接地消失，接地信號(hào)

3、不保持。(6)當(dāng)天在故障前后出現(xiàn)持續(xù)雷雨天氣：天津地區(qū)的相對(duì)濕度為95%，降水量7.3毫米，西南風(fēng)3級(jí)。1.1 主變吊檢發(fā)現(xiàn)損壞情況1)c相繞組上部壓板及對(duì)應(yīng)的鐵軛上部有大量的銅沫及燒黑的電磁線絕緣紙片。2)高壓調(diào)壓繞組線段有多處輕微的變形，個(gè)別線段有壓塌現(xiàn)象，部分線段幅向松動(dòng)。3)中、低壓繞組的壓板比高壓繞組的壓板凸起15-20mm。(a相15mm、b相15mm、c相20mm)4)35kv側(cè)cm相繞組中部出線首端(下部繞組)1-2段靠近出線部位段間短路產(chǎn)生電弧，部分電磁線(組合導(dǎo)線)燒斷、對(duì)應(yīng)的內(nèi)側(cè)絕緣紙板2層3mm紙板及35kv凋壓繞組被電弧燒傷。上部、下部繞組首端1-4段共8段繞組變形嚴(yán)

4、重且多處絕緣破裂露銅。5)35kv側(cè)bm相上部、下部繞組(中部出線)首端1-4段共8段繞組變形嚴(yán)重且多處絕緣破裂露銅，無(wú)放電痕跡。6)35kv繞組段間油道(繞組中部)不一致，am相5mm油道3個(gè)，bm、cm相10mm油道3個(gè)，局部區(qū)域電抗高度相差10353=15毫米，屬繞組制造質(zhì)量問題。1.2 主變運(yùn)行狀況1)紅旗路1號(hào)變壓器，型號(hào)：sfpz7-120000220，西安變壓器廠1994年11月產(chǎn)品。1996年12月26日啟動(dòng)，第一次沖擊合閘時(shí)重瓦斯、差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作掉閘；：壓力釋放閥噴油，對(duì)變壓器油進(jìn)行色譜分析，分析結(jié)論為乙炔、總烴均超標(biāo)，變壓器內(nèi)部有高能量放電現(xiàn)象。吊罩檢查為10kv引線銅排b、

5、c相由于安裝主絕緣距離不夠造成相間短路放電。修復(fù)后變壓器進(jìn)行了相關(guān)的絕緣試驗(yàn)和繞組變形測(cè)量，試驗(yàn)結(jié)論合格。故障后對(duì)變壓器油進(jìn)行真空脫氣處理。變壓器于1997年3月14日再次啟動(dòng)投入運(yùn)行，此時(shí)變壓器油中乙炔含量 15.4ppm，屬故障殘留氣體，運(yùn)行后跟蹤色譜分析，乙炔含量逐步下降且無(wú)明顯變化。2)1999年8月9日35kv出線323出口電纜三相短路故障變壓器壓力釋放閥動(dòng)作噴油(少量)，變壓器重瓦斯保護(hù)及差動(dòng)保護(hù)沒動(dòng)作，變壓器也未掉閘。對(duì)變壓器油進(jìn)行色譜分析與歷次數(shù)據(jù)比較無(wú)明顯變化，99年9月19日進(jìn)行電氣試驗(yàn)檢查及有載開關(guān)吊檢試驗(yàn)結(jié)論合格，進(jìn)行繞組變形測(cè)量，通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，該變壓器中壓側(cè)c相繞

6、組存在輕度變形，不影響變壓器的運(yùn)行。2 事故原因分析2.1 變壓器制造中存在的問題經(jīng)過故障吊檢發(fā)現(xiàn)，該變壓器在生產(chǎn)制造過程中存在許多問題。2.1.1設(shè)計(jì)上存在的問題1)該制造廠沒有1800a的無(wú)載分接開關(guān)，用兩臺(tái)1000a的開關(guān)代替。故將35kv繞組設(shè)計(jì)成完全一致的兩個(gè)上下并聯(lián)繞組，從中部出線，在中性點(diǎn)處抽頭作分接，由于是降壓變。從里到外是低、中、高壓排列，不得不在35kv繞組中采用23根換位組合導(dǎo)線，總截面幾何尺寸過大，使繞組整體機(jī)械強(qiáng)度達(dá)不到要求。2)在換位s彎處放置孤立很小填充墊塊，并沒有任何專項(xiàng)固定措施，在電動(dòng)力作用和繞組整體機(jī)械力的作用下，這些填充小墊塊如同虛設(shè)，不起作用，當(dāng)震動(dòng)脫落

7、后，此處支撐點(diǎn)消失，增大振蕩空間或?qū)Ь€位移空間造成繞組導(dǎo)線在電動(dòng)力作用下失穩(wěn)：3)采用23根換位組合導(dǎo)線，從整體看絕緣過薄，2層電纜紙，1層高密度紙，它的電氣強(qiáng)度完全可以滿足要求，由于導(dǎo)線平整度較差在電動(dòng)力作用下，產(chǎn)生摩擦力和剪切力，從而造成導(dǎo)線絕緣破損，降低機(jī)械強(qiáng)度和電氣強(qiáng)度。2.1.2工藝要求上存在的不足1)35kvambmcm三相繞組中部首端出線餅間油道絕緣墊塊存在嚴(yán)重工藝上的差異：a：am相餅間油道墊塊放置5min3，而bm cm兩相餅間油道墊塊放置10mm3(據(jù)廠家設(shè)計(jì)人員介紹圖紙應(yīng)該是5mm為正確)這就使得設(shè)計(jì)電磁計(jì)算時(shí)安匝平衡產(chǎn)生了極大誤差，從而也增大了繞組在此區(qū)域的安匝不平衡度

8、，造成故障時(shí)的電動(dòng)力加大，這也是本次事故的主要原因。b：廠家生產(chǎn)人員為了滿足35kv繞組am、bm、cm三相總體電抗高度相一致，由于首端墊塊之差，而在繞組其它餅間，增加(或減少)了餅間油道墊塊片數(shù)。2)繞組s彎處的填充墊塊，本應(yīng)豎置擺放，這樣機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定性較好，而實(shí)際上填充墊塊既有豎置擺放，也有水平擺放，而bm、cm相大部分散落墊塊都是水平擺放的填充墊塊。3)bmcm兩相故障源點(diǎn)都是在繞組首端上、下包s彎處，共有6處，從此證明在對(duì)s彎工藝處理上還存在著絕緣薄弱和機(jī)械強(qiáng)度問題，以及制造加工上對(duì)換位組合導(dǎo)線的機(jī)械傷害問題。綜上所述，在制造過程中存在這樣那樣一些問題為變壓器在電網(wǎng)上的安全運(yùn)行埋下了

9、事故隱患。2.2 紅旗路站地區(qū)電容電流測(cè)試情況為進(jìn)一步分析過電壓原因，8月26日對(duì)紅旗路站35kv電容電流補(bǔ)償情況進(jìn)行實(shí)測(cè)分析。結(jié)果如下：1號(hào)變單元，電容電流的計(jì)算值為138.7安培消弧電抗器補(bǔ)償電流為147.7安培；電容電流實(shí)測(cè)值為110.2安培，過補(bǔ)償電流達(dá)到37.5安培，因此，過補(bǔ)償值太大，對(duì)電弧熄滅不利，容易產(chǎn)生過電壓。2.3 縱絕緣損壞原因的綜合分析2.3.1變壓器過電壓導(dǎo)致內(nèi)部匝間或?qū)娱g首端絕緣薄弱點(diǎn)發(fā)生放電由于線路產(chǎn)生的短路間歇放電和346-4刀閘相間及相間對(duì)地放電短路造成變壓器過電壓，導(dǎo)致內(nèi)部匝間或?qū)娱g首端絕緣薄弱點(diǎn)處發(fā)生放電。變壓器故障過電壓一般是由不對(duì)稱短路和間歇電流放電而

10、引起的，為了更好分析在過渡期間變壓器內(nèi)部端電壓的變化，要從三種形式的過電壓波進(jìn)行分析，即：非周期波、周期波以及合成波。它們波的時(shí)間以微秒計(jì)算，波的幅值以干伏計(jì)算：1)周期波：一般是由于操作原因引起的。2)非周期全波：是由于大氣過電壓而產(chǎn)生的。3)非周期截波：是在變壓器附近發(fā)生閃絡(luò)或間歇放電短路時(shí)便出現(xiàn)非周期截波；這種非周期截波的危險(xiǎn)性極大，這是因?yàn)樗姆党３３^變壓器額定相電壓的10-15倍，且有陡度很大的波頭，即電壓增長(zhǎng)速度很快，在其他條件相同的情況下，波頭越陡，過電壓波的危險(xiǎn)性就越大，這是因?yàn)槎付却蟮牟ㄑ刈儔浩骼@組所產(chǎn)生的電壓梯度也越大的緣故。在這種情況下，非周期波過程被截?cái)嗖⑥D(zhuǎn)為逐漸衰

11、減的振蕩波。此時(shí)變壓器絕緣除了承受快速增長(zhǎng)的波頭電壓作用之外，還要承受在波截?cái)鄷r(shí)所出現(xiàn)的急劇電壓變化的作用。在這種外加電壓的作用下，變壓器產(chǎn)生復(fù)雜的電磁過程，這個(gè)過程將在變壓器繞組匝間、線餅間以及繞組對(duì)地部件間等引起過電壓。通過復(fù)雜電容、電感、電阻的等值電路分析，當(dāng)波作用于繞組開始瞬間時(shí)，電壓大部分降落到首端附近，使這一部分的梯度很大，從公式u(x)=uoeax可以求出當(dāng)x=0時(shí)，梯度g=dudx?ox=0=uoe-axx=0=-uoa=-u0l*al。式中：u0l=?oecp?o是平均電位梯度。上式說(shuō)明在沖擊波剛開始作用繞組瞬間時(shí)，繞組首端梯度比平均梯度大al倍：由于電位梯度與電場(chǎng)強(qiáng)度成正比

12、，則當(dāng)此處電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到此處油紙絕緣的臨界擊穿場(chǎng)強(qiáng)時(shí)，開始放電致使絕緣擊穿：變壓器絕緣擊穿部位絕大多數(shù)是在靠近首端(起頭)的地方，這正是本次事故發(fā)生在繞組首端絕緣的原因所在1。2.3.2變壓器在故障電流的作用下繞組產(chǎn)生電動(dòng)力促使縱絕緣損壞而發(fā)生放電事故變壓器繞組的截流導(dǎo)體處在漏磁場(chǎng)中，在這些導(dǎo)體上作用著電動(dòng)力。電動(dòng)力在變壓器繞組的材料中產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力，并部分傳到變壓器結(jié)構(gòu)的其他元件上：在額定電流下，電動(dòng)力并不大。但在短路時(shí)，電動(dòng)力將劇增，甚至可以使變壓器發(fā)生故障，而變壓器繞組是由絕緣墊塊隔開的銅線段所構(gòu)成的，這種系統(tǒng)的動(dòng)特性在短路過程中是變化的。因?yàn)榻^緣墊塊的彈性與壓緊程度有關(guān)，即與作用力有關(guān)。繞

13、組具有幾個(gè)固有振蕩頻率。如果電動(dòng)力的一個(gè)頻率與固有振蕩頻率相重合，便產(chǎn)生共振，或如果由于繞組壓緊程度出現(xiàn)問題，某一個(gè)固有振蕩頻率接近50赫茲或100赫茲，也可能出現(xiàn)共振現(xiàn)象。從而使壓強(qiáng)增高，超過靜壓強(qiáng)。造成繞組失穩(wěn)出現(xiàn)變形故障。所以，繞組中的不穩(wěn)定過程是由電磁場(chǎng)和機(jī)械力兩個(gè)過渡過程的綜合疊加。而變壓器繞組中的漏磁場(chǎng)可劃分為軸向磁場(chǎng)和縱向磁場(chǎng)，其對(duì)繞組分別產(chǎn)生徑向力和軸向力，而軸向內(nèi)力繞組的線匝向豎直方向彎曲并壓縮線段間的墊塊。一般最大的彎曲力產(chǎn)生在位于繞組端部的線段中，因?yàn)榱εc磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比，但是最大的壓縮力則出現(xiàn)在位于繞組高度中心的墊塊上，因?yàn)樵谶@些墊塊上承受著繞組各線段上所有作用力的總和

14、，這種力不僅與各種絕緣材料的機(jī)械性能有關(guān)，也與慣性力、彈力和繞組各部件位移時(shí)作用其上的摩擦力有關(guān)2(本次事故點(diǎn)所在之處)，當(dāng)繞組不等高時(shí)，或磁勢(shì)分布不均勻時(shí)(即安匝平衡度不好)，在繞組中才出現(xiàn)軸向外力，這些力的方向總是使產(chǎn)生這些力的不對(duì)稱性增大，軸向外力較之其他的力更能成為產(chǎn)生事故的原因。所以，在設(shè)計(jì)變壓器時(shí)總是力求減小繞組中磁勢(shì)分布的不對(duì)稱性。軸向外力和軸向內(nèi)力一樣，使線匝向豎直方向彎曲，并壓縮線段間的墊塊；除此之外，這些力還部分地或全部地傳到鐵軛上，力求使其離開芯柱(正是三相繞組事故后高壓繞組與中低壓繞組電抗高度不同產(chǎn)生的原因)。而徑向力沿著線匝整個(gè)圓周分布并壓縮線匝，力求使導(dǎo)線長(zhǎng)度縮短。

15、因此，在繞組的銅導(dǎo)線中出現(xiàn)壓縮應(yīng)力。為了提高繞組對(duì)徑向力的鋼度，將繞組繞在由絕緣筒或絕緣紙板支撐的撐條上，由于撐條的存在而出現(xiàn)局部彎曲。因此，在內(nèi)繞組除壓縮應(yīng)力外，還出現(xiàn)了彎曲應(yīng)力。當(dāng)繞組中的應(yīng)力超過屈服點(diǎn)后，則出現(xiàn)永久變形。因此，繞組呈現(xiàn)出典型的星花狀。有時(shí)永久變形具有另一種形狀，即在一個(gè)撐條間距內(nèi)繞組向內(nèi)部彎曲，而在相鄰撐條間距內(nèi)繞組向外部彎曲，這種變形稱之為穩(wěn)定性喪失3。綜上所述，當(dāng)變壓器出口短路時(shí)，短路電流急劇增加，由于內(nèi)部漏磁場(chǎng)的增大而產(chǎn)生電動(dòng)力，造成繞組的位移和變形，導(dǎo)線絕緣在電動(dòng)力的作用下產(chǎn)生摩擦或拉伸造成縱絕緣損壞，在故障電壓、電流的作用下，發(fā)生縱絕緣擊穿放電事故或放電短路事故。3 事故結(jié)論8月8日22002400由于雷雨天氣、高溫高濕，而發(fā)生的35kv線路因雷電間歇性放電接地故障。(該站35kv全部是電纜出線，外出為架空線)是由于