一起電抗器起火引起變壓器差動保護(hù)故障分析
2014-02-28 03:00:48劉宗純
冶金動力 2014年5期
劉宗純
（萍鄉(xiāng)萍鋼安源鋼鐵有限公司，江西萍鄉(xiāng)337000）
一起電抗器起火引起變壓器差動保護(hù)故障分析
劉宗純
（萍鄉(xiāng)萍鋼安源鋼鐵有限公司，江西萍鄉(xiāng)337000）
通過對一起110 kV變電站運行中電抗器起火事故的綜合分析，找出了設(shè)備起火的原因，分析了設(shè)備在制造方面存在的缺陷，對今后的設(shè)備日常維護(hù)、試驗提出了建議。
電抗器；起火；變壓器差動保護(hù)；制造缺陷
1 引言
2010年9月16日14：15萍鋼安源分公司動力廠110 kV變電站3#主變因電抗器起火引起3#主變差動保護(hù)動作出口，分別跳開該變壓器高、低壓側(cè)開關(guān)跳閘。造成安源分公司煉鋼、機(jī)燒、原料、煉鋼泵站、回收站及新軋鋼泵站等14條10 kV全部停電，嚴(yán)重打亂公司生產(chǎn)秩序。3#主變型號為SFZ11-63000/110，額定容量：63000 kVA，額定電壓：（115±8×1.25%）/10.5kV，額定電流：316.3/3464.1，聯(lián)接組別：YNd11。3#主變電抗器為干式空芯電抗器，型號：XKJKL-10-4000-12%、4000 A，額定短時電流：80 kA（允許2 s），阻抗：0.075 Ω。電抗器三相疊裝(由上至下依次為A、B、C相)，產(chǎn)品2010年7月出廠，2010年8月投運。
2 事故經(jīng)過
該變電站的用電系統(tǒng)一次主接線如圖1所示。安鋼高壓供電系統(tǒng)運行方式為110 kV采用單母分段接線方式；110 kV跑安線帶1#、2#主變運行，1#主變110 kV側(cè)中性點接地；110 kV五安線帶3#主變運行，3#主變110 kV側(cè)中性點接地。1#、2#主變10 kV側(cè)快速開關(guān)均為運行狀態(tài)，3#主變串電抗器運行。10 kVⅠ、Ⅱ、III段母線分段運行（聯(lián)絡(luò)開關(guān)932#為熱備用狀態(tài)，934#、931#為冷備用狀態(tài)）。
9月16日14：16變電所事故喇叭響，電腦報警，3#主變差動動作，同時外場發(fā)出一聲巨響,當(dāng)班人員經(jīng)檢查：3#主變DVP顯示差動動作,3#主變103#、903#兩臺開關(guān)同時跳閘，電腦10 kVⅢ段母線上所有負(fù)荷顯示為0，微機(jī)母線差動保護(hù)裝置報差動開放Ⅲ段。到現(xiàn)場后值班員使用干粉滅火器進(jìn)行滅火后，檢查發(fā)現(xiàn)3#主變電抗器B相燒損嚴(yán)重，A、C相有熏黑燒壞痕跡，A、B、C相間支柱絕緣子雖破損（起火高溫引起）但無放電閃絡(luò)痕跡。通過現(xiàn)場檢查及對二次保護(hù)信息的分析，可基本確定，串抗B相最內(nèi)層包封的繞組內(nèi)部發(fā)生匝間短路是造成本次3#主變差動保護(hù)動作故障的直接原因。原因查明后，檢修人員將故障電抗器拆除并短接處理后,于23：31分恢復(fù)3#主變恢復(fù)正常運行方式。
3 事故原因分析
事故發(fā)生后，檢修人員對3#主變本體及相關(guān)一次部分進(jìn)行檢查試驗，確認(rèn)一次設(shè)備完全正常，無短路、接地現(xiàn)象。對二次部分進(jìn)行檢查，控制回路部分未見異常，保護(hù)裝置運行正常，保護(hù)定值整定正確。排除外部電網(wǎng)短路引起事故，期間變電所及外供電無任何操作任務(wù)。
從故障報告來看，3#主變低壓側(cè)B相電流突然升高，差流達(dá)到5.1 A，超過了3#主變差動保護(hù)的啟動門檻值(2.75 A)。
從設(shè)備運行情況來看，事發(fā)前幾天9月14日公司因技改工程施工，施工單位不小心從空中墜物掉到燒結(jié)線，使110 kV變電所3#主變的快速開關(guān)三相橋體炸開，之后維修人員因無備件將3#主變快速開關(guān)甩開，直接3#主變低壓側(cè)串電抗器帶10 kVⅢ段母線運行。根據(jù)現(xiàn)場運行需要，要求近期在未恢復(fù)之前3#主變電抗器運行時必須加強對電抗器設(shè)備運行的監(jiān)控，列入A級特護(hù)范圍，同時要求隔2 h對電抗器本體及各電氣聯(lián)接部位進(jìn)行測溫（各測溫點溫度＜70℃）并記錄。3#主變電抗器各測溫點溫度監(jiān)測如表1。
表1 3#主變電抗器各測溫點溫度監(jiān)測表
從表1數(shù)據(jù)上分析，3#主變電抗器運行參數(shù)正常，未發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象。電抗器的運行電流在正常額定范圍之內(nèi)，因電抗器與主變是串聯(lián)，監(jiān)測3#主變的電流就可以監(jiān)測3#主變電抗器的運行電流。具體監(jiān)測參數(shù)如表2。
表2 3#主變低壓側(cè)運行電流監(jiān)測表
通過現(xiàn)場檢查及對二次保護(hù)信息各現(xiàn)場運行參數(shù)的分析，可基本確定，串抗B相最內(nèi)層包封的繞組內(nèi)部發(fā)生匝間短路是造成本次3#主變差動保護(hù)動作故障的直接原因。隨后，專業(yè)人員和廠家對故障電抗器進(jìn)行現(xiàn)場勘察和數(shù)據(jù)收集，召開由工程部組織的電抗器起火專題分析會。
4 繞組內(nèi)部發(fā)生匝間短路原因分析
出現(xiàn)匝間短路絕緣劣化，而且最內(nèi)層包封匝間絕緣明顯比其他層劣化嚴(yán)重，可以存在以下幾種情況：
（1）設(shè)備運行存在過電壓現(xiàn)象；
（2）設(shè)備運行存在過電流現(xiàn)象；
（3）電抗器繞組匝間過熱老化。
從以上三種情況來看設(shè)備運行存在過電壓現(xiàn)象這種可能性較小，因為從110 kV變電站主控室的電壓監(jiān)測波形看比較平穩(wěn)，沒有電壓跳躍現(xiàn)象且這段時間沒有作任何操作（和上級供電局聯(lián)系他們也未操作）。而設(shè)備運行存在過電流現(xiàn)象這種可能性也較小，從上對3#變壓器運行數(shù)據(jù)來看未超過其電抗器的額定運行電流＜4000 A。電抗器繞組匝間過熱老化現(xiàn)象在以往運行工作中也曾出現(xiàn)過。經(jīng)過對廠家在會上對電抗器制作過程及使用原材料及生產(chǎn)工藝的了解，認(rèn)為該問題的產(chǎn)生原因為：
（1）最內(nèi)層包封沒有撐條固定(而其他層均有撐條固定)，長時間運行熱脹冷縮作用下環(huán)氧樹脂層容易變形產(chǎn)生裂紋，水分從裂紋直接進(jìn)入包封內(nèi)部。
（2）制造技術(shù)中線匝之間、導(dǎo)線層與內(nèi)包封纖維層之間均有一定的間隙，為潮氣和雨水留出了通道和駐留空間，使導(dǎo)線外面包裹的薄膜直接接觸潮氣和雨水。
（3）得到廠家對電抗器制作過程的肯定，在制作電抗器時由于繞組繞線過程中有焊接現(xiàn)象，也就是說整個電抗器繞組有電氣接頭。如果電氣接頭焊接工藝不好，產(chǎn)生焊接空隙，在通過大電流時由于接觸面積不夠產(chǎn)生發(fā)熱，而誘發(fā)電抗器局部發(fā)熱使相鄰間受熱絕緣老化，造成匝間短路。
（4）其導(dǎo)線外面包裹的為3層聚酯膜，而聚酯膜在高溫作用下較易產(chǎn)生水解，長時間運行后絕緣劣化嚴(yán)重，導(dǎo)致導(dǎo)線匝間絕緣嚴(yán)重降低。
以上4種原因，由于電抗器是2010年8月投運，至2010年9月16日事故發(fā)生運行時間較短，且最近天氣較晴朗，（1）、（2）、（4）三種情況可能性較小，可以判定3#主變電抗器B相由于制作工藝缺陷引起。
5 處理和整改措施
原因明了，就電抗器制作工藝問題，我們要求該廠家采取了以下技術(shù)改進(jìn)措施：
（1）將導(dǎo)線外面包裹的3層聚酯膜改為兩層聚酯膜中間夾一層聚丙膜(高溫下不易水解材料)。
（2）采用了導(dǎo)線浸膠工藝。增強繞組匝間絕緣。由于導(dǎo)線外面的絕緣薄膜過于光滑，不能攜帶足量的環(huán)氧膠，因此在薄膜外增加包繞一層電工無紡布，可攜帶大量的膠液到線圈上，不僅使絕緣薄膜具備了防潮保護(hù)層，同時導(dǎo)線上多余的環(huán)氧膠填充了所有的縫隙，避免了潮氣和雨水與導(dǎo)線的直接接觸。
（3）電抗器制作過程中避免使用有接頭繞組，使繞組匝間較均勻，避免類似現(xiàn)象發(fā)生。
（4）由于快速開關(guān)與主變電抗器并聯(lián)使用，起到了正常運行方式時由快速開關(guān)供電，故障時用快速開關(guān)切斷故障電流由主變電抗器作限流作用從而保護(hù)主變。所以提高快速開關(guān)動作整定值，由原1#、2#主變快速開關(guān)整值12 kA改為25 kA，3#主變快速開關(guān)整值15 kA改為29 kA。有效地提高電抗器的使用壽命。
6 事故防范及日?？刂拼胧?/h2>
針對安源分公司110 kV變電站3#主變電抗器干式空芯電抗器起火后對設(shè)備的檢查情況及事故原因分析，建議干式空芯電抗器運行單位在日常維護(hù)中應(yīng)注意以下幾點：
（1）加強設(shè)備巡視，檢查電抗器包封撐條是否脫落、電抗器外絕緣、瓷瓶有無明顯的放電現(xiàn)象、有無異響等。及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備運行中存在的問題，并及時處理，避免發(fā)生其他惡性事故。
（2）加強干式電抗器的運行巡視和紅外測溫工作。干式電抗器投切后，應(yīng)注意檢查相關(guān)設(shè)備潮流及系統(tǒng)電壓是否正常，與之連接的避雷器是否動作等，發(fā)現(xiàn)缺陷應(yīng)及時處理;按期開展干式電抗器紅外測溫工作，高溫、大負(fù)荷情況下應(yīng)適當(dāng)增加測溫次數(shù)，測試結(jié)果應(yīng)注意與歷史溫升、相間溫升比較。
（3）由于采用三相疊裝方式的串(限)抗在出現(xiàn)故障后極易發(fā)展為相間短路，且如果單相發(fā)現(xiàn)局部起火，可以會引發(fā)其他相，擴(kuò)大了事故。這時如串(限)抗為前置，就相當(dāng)于造成主變低壓側(cè)出口短路。為避免或降低因主變低壓側(cè)出口短路造成主變損壞的幾率，建議以后基建工程中當(dāng)串(限)抗前置時，不要采用三相疊裝方式，宜采用“品”字裝方式。
（4）運行維護(hù)單位在干式空心電抗器停電檢修期間除按照規(guī)程規(guī)定進(jìn)行定期試驗外，還應(yīng)進(jìn)行全面外觀檢查，檢查的重點是最外層和最內(nèi)層包封表面的開裂情況。必要時可采用內(nèi)窺鏡檢查各個包封層表面的開裂情況以及是否存在鼓包和樹枝狀爬電現(xiàn)象。對運行時間較長且包封表面開裂嚴(yán)重的，建議逐步進(jìn)行更換；對包封表面輕微開裂的，建議進(jìn)行噴涂防污閃RTV涂料處理，以延緩包封開裂后水份進(jìn)入繞組內(nèi)部對導(dǎo)線絕緣層侵蝕的速度。
Analysis of a Differential Protection Failure of Transformer Caused by a Reactor Fire
LIU Zongchun
(Jiangxi Anyuan Iron and Steel Co.,Ltd.,Pingxiang,Jiangxi 337000,China)
Through overall analysis of a reactor fire during operation of the 110 kV substation,the causes of the fire were found out,defects in manufacturing of the equipment were analyzed and proposals for routine maintenance and test in the future were also provided.
electric reactor;fire breakout;differential protection of transformer;manufacturing defect
TM47
B
1006-6764(2014)05-0004-03
2013－11－12
劉宗純（1980－），男，畢業(yè)于天津工業(yè)大學(xué)，助理工程師，現(xiàn)從事電氣設(shè)備技術(shù)管理工作。
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