風(fēng)偏引發(fā)變電站多處引下線放電跳閘故障 技術(shù)分析

婁方旭，張慶偉，毛 強(qiáng)，胡 星，殷 慧，曾 茗

（貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司貴陽(yáng)供電局，貴州 貴陽(yáng) 550002)

1.1 某220kV 變電站跳閘前電網(wǎng)運(yùn)行方式

220kV 系統(tǒng)接線方式：220kV Ⅰ、Ⅱ母并列運(yùn)行，1 號(hào)主變220kV 側(cè)211 開關(guān)、2 號(hào)主變220kV側(cè)212 開關(guān)均運(yùn)行在220kV Ⅰ母，3 號(hào)主變220kV側(cè)213 開關(guān)運(yùn)行在220kV Ⅱ母。110 kV 系統(tǒng)接線方式：110kV Ⅰ、Ⅱ母分列運(yùn)行，由1 號(hào)主變110kV 側(cè)111 開關(guān)和2 號(hào)主變110kV 側(cè)112 開關(guān)并列運(yùn)行供110kV Ⅰ母；主變中性點(diǎn)接地方式：3號(hào)主變220kV 側(cè)2130 中性點(diǎn)地刀、110kV 側(cè)1130中性點(diǎn)地刀及1 號(hào)主變110kV 側(cè)1110 中性點(diǎn)地刀在合位。運(yùn)行方式見圖1。

圖1 故障發(fā)生前一次設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)

1.2 故障后電網(wǎng)運(yùn)行方式

跳閘事件發(fā)生當(dāng)日23 時(shí)至次日6 時(shí)許，該變電站境內(nèi)受強(qiáng)對(duì)流天氣影響，現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)雷雨、大風(fēng)，氣象局報(bào)道“極大瞬時(shí)風(fēng)速39.8m/s”，即颶風(fēng)。

次日00:12 變電站1 號(hào)、2 號(hào)主變均差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳閘；00:14 變電站220kV Ⅰ母母差保護(hù)動(dòng)作跳閘，110kV Ⅰ母及10kV Ⅰ、Ⅱ母失壓，1、2 號(hào)站用變失電，全站用交流電失壓；00:56 運(yùn)行人員趕赴現(xiàn)場(chǎng)退出3 號(hào)主變風(fēng)冷全停跳閘功能，02:17運(yùn)行人員與檢修人員對(duì)1、2 號(hào)主變及110kV Ⅰ母及其所屬開關(guān)間隔一、二次設(shè)備檢查無(wú)異常，隨即對(duì)故障點(diǎn)和設(shè)備進(jìn)行檢查，并恢復(fù)站內(nèi)用電和部分線路供電。保護(hù)動(dòng)作后現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行方式見圖2。

圖2 故障發(fā)生后一次設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)

2.1 保護(hù)動(dòng)作情況

現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)動(dòng)作報(bào)文如下：主變及母線保護(hù)均為差動(dòng)動(dòng)作，根據(jù)動(dòng)作的相別、報(bào)文和錄波，初步判定故障點(diǎn)位于主變保護(hù)區(qū)內(nèi)和220kV Ⅰ母保護(hù)區(qū)內(nèi)（見表1）。

表1 站內(nèi)各保護(hù)動(dòng)作情況

整理各保護(hù)動(dòng)作的時(shí)序，如圖3 所示。

圖3 保護(hù)動(dòng)作時(shí)序

根據(jù)母線保護(hù)打印的波形（見圖4）可以看出，只有220kV 母聯(lián)210 間隔C 相電流有突變，是引起母線I 母小差保護(hù)動(dòng)作的原因，可以進(jìn)一步判定故障位于210 斷路器靠I 母?jìng)?cè)。

圖4 母線差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作波形

根據(jù)1 號(hào)主變保護(hù)打印的波形（見圖5）可以看出，只有220kV 側(cè)B、C 相電流有突變，是引起1 號(hào)主變保護(hù)動(dòng)作的原因，結(jié)合報(bào)文可判定是高壓側(cè)相間故障，可進(jìn)一步判定故障位于211 斷路器靠1 號(hào)主變側(cè)的B、C 相導(dǎo)線之間或者主變高壓側(cè)B、C 相繞組之間。

根據(jù)2 號(hào)主變保護(hù)打印的波形（見圖6）可看出，只有220kV 側(cè)A 相電流有突變，是引起2 號(hào)主變保護(hù)動(dòng)作的原因，結(jié)合報(bào)文可判定是高壓側(cè)A 相單相接地故障，可進(jìn)一步判定故障位于212 斷路器至2 號(hào)主變高壓側(cè)繞組之間的A 相線路上。

圖5 1號(hào)主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作波形

圖6 2號(hào)主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作波形

2.2 一次故障點(diǎn)放電情況

現(xiàn)場(chǎng)勘察情況：220kV 主變進(jìn)線及母聯(lián)高跨線的引下線，由于受極大瞬時(shí)風(fēng)速39.8m/s（超設(shè)計(jì)最大風(fēng)速30m/s，超該地區(qū)歷年最大風(fēng)速19.0m/s兩倍多）的颶風(fēng)影響，擺向出線構(gòu)架的橫梁，在引下線至橫梁距離小于0.6m（工頻電壓下《高壓配電裝置設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》中P18 表8.1.2 要求值）后[1]，開始放電并產(chǎn)生電弧，造成變電站1 號(hào)主變220kV 側(cè)B 、C 相高跨線對(duì)門型構(gòu)架以及B、C 相相互之間放電（見圖7）；2 號(hào)主變220kV 側(cè)A 相高跨線對(duì)門型構(gòu)架放電（見圖8）；220kV Ⅰ母C相靠母聯(lián)210 開關(guān)處高跨線對(duì)門型構(gòu)架放電（見圖9），放電位置及現(xiàn)象與保護(hù)動(dòng)作情況相符。

同時(shí)，依據(jù)《GB/T 17623-1998 絕緣油中溶解氣體組分含量的氣相色譜測(cè)定法》對(duì)跳閘的1 號(hào)、2 號(hào)主變進(jìn)行了油化試驗(yàn)，結(jié)論均為合格，可排除主變本體故障。

綜上，判定220kV 母線保護(hù)，1 號(hào)、2 號(hào)主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作正確。一次故障點(diǎn)定位正確，故障點(diǎn)在一次設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)圖上表示見圖10。

該站建于2000 年，依照當(dāng)時(shí)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)水平，變電站220kV 屋外配電裝置采用軟母線普通中型配電裝置，設(shè)計(jì)風(fēng)速按30m/s 設(shè)計(jì)。根據(jù)《電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)電氣一次部分》和《高壓配電裝置設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》（DL/T 5352-2006）的要求，330kV 及以下屋外配電裝置按離地10m 高、30 年一遇10min 平均最大風(fēng)速設(shè)計(jì)；當(dāng)?shù)貧庀笳緮?shù)據(jù)顯示，歷年最大風(fēng)速為19.0m/s，變電站設(shè)計(jì)風(fēng)速滿足現(xiàn)有規(guī)程要求。

圖7 1號(hào)主變與2113隔離開關(guān)之間B、C相引線放電

圖8(a) 2號(hào)主變與2123隔離開關(guān)之間A相引線對(duì)門型構(gòu)架放電

圖8(b) 2號(hào)主變與2123隔離開關(guān)之間A相引線對(duì)門型構(gòu)架放電

圖9(a) 2101隔離開關(guān)與220kV I母之間C相引線對(duì)門型構(gòu)架放電

圖9(b) 2101隔離開關(guān)與220kV I母之間C相引線對(duì)門型構(gòu)架放電

根據(jù)《電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)電氣一次部分》中P644“雙層構(gòu)架引下線方式”[2]，220kV 主變進(jìn)線最上層高跨經(jīng)3m 長(zhǎng)橫擔(dān)懸挑引下接至線路側(cè)隔離開關(guān)，在出線構(gòu)架15m 橫梁位置，引下線至橫梁距離滿足《高壓配電裝置設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》（DL/T 5352-2006）中P16 表8.1.1 要求，大于1800mm?，F(xiàn)場(chǎng)一次門型構(gòu)架與引下線示意見圖11。

圖10 放電點(diǎn)在一次設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)圖上的表示

該地區(qū)受強(qiáng)對(duì)流天氣影響，極大瞬時(shí)風(fēng)速超過(guò)設(shè)計(jì)風(fēng)速引起220kV 變電站高跨線相間及對(duì)門型構(gòu)架放電。結(jié)合一次故障點(diǎn)及錄波判斷，保護(hù)動(dòng)作行為正確。該故障原因分析和處理思路可供類似跳閘事件參考[3]。

圖11 現(xiàn)場(chǎng)一次門型構(gòu)架與引下線示意

針對(duì)該地區(qū)現(xiàn)有環(huán)境條件，開展極端天氣下220kV 變電站雙層引下線的防風(fēng)偏專題研究[4-5]，制定并落實(shí)專項(xiàng)整改措施；初步提出新增支柱絕緣子，可杜絕類似事件發(fā)生（見圖12）。

圖12 新增支柱絕緣子后一次門型構(gòu)架與引下線示意

對(duì)于使用的支柱絕緣子，要符合《標(biāo)稱電壓高于1 000V 的交流架空線路用線路柱式復(fù)合絕緣子—定義、試驗(yàn)方法及接收準(zhǔn)則》（GB/T 20142-2006）的要求，對(duì)本站220kV 的引下線按此要求選型的復(fù)合橫擔(dān)絕緣子FKT-220/4-2100（見圖13 和14），其結(jié)構(gòu)高度2 100mm，爬電距離6 300mm，額定工作電壓220kV，雷電全波沖擊耐受電壓（峰值）1 050kV，工頻一分鐘濕耐受電壓（有效值）410kV，既滿足絕緣的要求，又滿足支撐力的要求。

圖13 單引下導(dǎo)線復(fù)合橫擔(dān)絕緣子FKT-220/4-2100示意

圖14 雙分列引下導(dǎo)線復(fù)合橫擔(dān)絕緣子FKT-220/4-2100示意