一起压变柜爆炸导致主变保护动作的事故分析

本文针对某 35kV L 站 10kV 母线压变爆炸造成主变保护动作的事故，在故障录波数据丢失的情况下分析保护动作过程和压变柜爆炸原因，提出相应改进措施。

  1   事故概况及保护动作情况

 35kV L 站正常运行方式如图 1 所示。变电站采用单线单变运行， 35kV A 线 303 开关带 35kV1 号母线， 35kV B 线 305 开关为出线线路， 1 号主变及 10kV1 号母线运行，  101 开关、 115 开关、 113 开关、 111 开关运行； 113 开关线路为拉手开关， 1 号站用变 103 开关带全所站用电， 1 号主变带 10kV 全部负荷运行， 35kV 、 10kV 无备自投。

  图 1  L 站正常运行方式

X 年 X 月 X 日 06 时 15 分， 35kV L 站 1 号主变高后备保护复合电压过流  I  段 1 时限、复合电压过流 II 段 1 时限保护动作， 301 、 101 开关跳闸， 35kV 1 号母线、 10kV 1 号母线失电。 L 站交、直流全部失电， 10kV 1 号母线 1005 压变柜爆炸。

  2   事故原因分析

 2.1  主变高后备保护动作分析

  主变高后备保护是主变的后备保护，当主变及系统存在相应故障而差动保护或者低后备保护拒动时，高后备保护经延时跳开主变高、低压侧总开关，切除故障 [4] 。 L 站主变为双绕组变压器，未配备低压侧后备保护，仅采用高后备复合电压过流保护作为主变后备保护；复合电压取自 10kV 母线 PT 。保护原理如图 2 所示。

  图 2   复合电压过流保护原理接线图

当 10kV 母线压变故障发生 PT 断线，高后备保护复合电压闭锁退出，仅由过流保护控制。 L 站高后备保护整定值如表 1 所示。

注：表中为高压侧定值， CT 变比 300/5 。

  保护装置显示动作电流 1136.4A/18.94a （高压侧），远大于整定值，高后备保护动作，跳开 101 、 301 开关， 10kV 母线失电。

2.2  压变柜爆炸原因分析

  2.2.1   电压变化

 UPS 电源在站用电失电时发生故障，导致故障录波丢失，仅能通过 OPEN3000 监控系统数据进行事故分析。系统每 5 分钟采集一次数据， 10kV 母线电压变化如图 3 所示。

  主变保护动作前 10kV 系统相电压频繁出现较大波动，线电压波动较小，电压变化具有单相接地特征。

  图 3  OPEN3000 采集的电压幅值变化图

2.2.2   虚幻接地

  调出故障前的 SOE 信息，对 10kV 母线各相接地信息和告警信息进行整理，得到 L 站接地信息表，如表 2 所示。

  造成 10kV 母线接地告警的接地相不是同一相， A 、 B 、 C 三相在故障前均出现单相接地，接地相具有随机性； 06:01:25 和 06:14:45 接地电压幅值比 0 较大，判断该种接地信息不应为真正单相接地，而为“虚幻接地” [4] 。

  表 2  L 站接地信息表

文 [5] 指出，虚幻接地主要是由电压互感器饱和程度不同引起的，造成中性点电压位移（即中性点电压 U0 ≠ 0 ），对外表现为接地现象。

  2.2.3   过电流

 PT 爆炸前，系统电流出现剧烈变化，如图 5 所示。

  图 5  OPEN3000 采集的电流变化曲线

经检查 10kV 线路无故障， PT 故障对系统出线影响十分剧烈，电流幅值变化明显。

  2.2.4   弧光短路

  保护动作电流一次值换算成 10kV 侧为 1136.4A×35/10=3788A 。 L 站主变容量为 8000kVA ，同时系统负荷较小；保护动作电流值远大于 10kV 母线三相接地短路电流 8000kVA/10kV=800A 。

  技术人员从爆炸后的压变柜发现，互感线圈相间燃烧严重。结合动作情况，判定造成互感器相间燃烧的电流为弧光短路电流。

  文 [6] 总结了由 PT 饱和发生的铁磁谐振特征，包括：中性点电压偏移；相间或相对地过电压；弧光短路；空载情况下， PT 过热等。结合 L 站故障情况推断：由于 10kVPT 饱和，系统发生铁磁谐振，中性点电压发生位移，过电流造成 PT 线圈相间弧光短路，导致压变柜爆炸。

  3   改进措施

 3.1  提高变电站运行可靠性

  1 ）备用电源

  备用电源自动投入装置是保证供电可靠性的重要设备。目前， L 站采用 35kV 单线单变、 10kV 单母线的经济运行方式，不具备电源备自投条件，在主变高后备保护动作后全站失电。建议 L 站所属电网对该站进行改造、扩建，引入 10kV 和 35kV 备用电源，保障电网运行的可靠性。

  2 ）交、直流电源和自动化装置

 L 站站用电源来自一台 10kV 站用变，直流系统采用“一电一充”方式（即一组蓄电池、一台充电机）。故障 30 分钟后，交、直流电源已全部失电，后台机未保存故障录波数据，严重影响事故处理和分析。

  3.2  限制和消除谐振影响

  限制和消除系统谐振的措施主要包括：加装零序消谐装置、 4PT 法、更换高性能 PT 、在系统中性点加装消弧线圈等 [7] 。

  1 ）采用零序消谐装置

  在 PT 一次侧零序相和开口三角两端接入消谐器能够根据检测的零序电压大小改变阻尼电阻阻值，释放谐振能量 [6] 。目前 L 站采用一次消谐器和二次消谐灯的配置。

  零序消谐器对于负荷较大的系统，由单相接地引发的谐振效果较好，而主变负载率低、系统出线较少时消谐效果有限 [7] 。

  2 ） 4PT 法

 PT 高压侧中性点经零序电压互感器接地的方法称为 4PT 法接线。利用零序 PT 的非线性感抗消除中性点位移电压 U0 的影响，从而抑制铁磁谐振 [7] 。

 4PT 法改造工程量大，且消谐效果与一次侧加装零序消谐器差别不大，在 35kV 系统应用较少。

  3 ）采用高特性电压互感器

  选用励磁特性较好的电压互感器，可提高激发谐振的阈值，降低电网发生谐振的概率 [7] ，但无法从形成源头消除铁磁谐振。

  4 ）系统中性点加装消弧线圈

  在系统中性点加装消弧线圈，相当于在 PT 高压绕组上并联一个电感线圈。由于消弧线圈的感抗远小于 PT 感抗，当系统出现中性点位移电压，零序过电流大部分经消弧线圈回路流入大地，避免 PT 饱和，从而抑制铁磁谐振发生 [7] 。

  根据 L 站接线方式和系统运行情况，宜选择在 10kV 系统中性点加装消弧线圈，限制、消除铁磁谐振，保护电压互感器。

  4   结论

  本文在 35kV L 站故障录波数据丢失的情况下，根据保护装置动作电流和 OPEN3000 系统查询的告警信息对 10kV 母线压变柜爆炸造成全站失电事故进行分析、还原。

  分析发现，由 PT 饱和引发铁磁谐振，继而引发弧光短路，导致主变高后备保护动作和压变柜爆炸。提出对 L 站进行运行可靠性改造，并建议在系统中性点加装消弧线圈限制和消除铁磁谐振影响。