锦山变电站高压开关室弧光短路暨1＃主变烧毁事故的原因与分析

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锦山变电站高压开关室弧光短路暨1＃主变烧毁事故的原因与分析

2019-12-16

锦山变电站高压开关室弧光短路暨

1^＃主变烧毁事故的原因与分析

第一部分事故经过

2002年8月22日下午，锦山地区下起了暴雨，变电站上空电闪雷鸣。

19时09分，10千伏大牛群线5334开关速断保护动作跳闸，未强送。

19时11分，10千伏龙山线5336开关速断保护动作跳闸，未强送。

19时17分，10千伏锦工甲线5331开关过流、速断保护动作跳闸，未强送。

19时20分，66千伏西锦线5316开关速断保护动作跳闸，未强送。

19时21分，66千伏锦十线5314开关速断保护动作跳闸，未强送。

19时21分，10千伏锦农线5337开关过流、速断保护动作跳闸，未强送。

19时24分，变电站上空出现了持续不断雷电闪光并伴随着阵阵雷声，随即10千伏高压开关室内发生了弧光短路，持续了数秒钟后，赤一变339开关跳闸，锦山变电站失压弧光同时熄灭。0.5秒后，赤一变339开关自动重合闸成功，变电站的电源恢复。事后查出，发生弧光短路的位置在：10千伏火葬场线5333甲刀闸电源侧的触头与10千伏C相母线之间。

19时25分，10千伏火葬场线5333开关速断保护动作跳闸，未强送。值班员根据当时的情况立即采取紧急措施：拉开10千伏101站线5335开关；拉开10千伏锦工乙线5338开关；拉开2^#主变10千伏进线5322开关。此时，变电站除10千伏1^＃主变进线开关在合位，其余的10千伏各出线开关和2^#主变10千伏进线开关均在开位。

19时28分，当变电站上空出现更强烈的雷电闪光并传来震耳的雷声时，火葬场线5333甲刀闸电源侧的静触头与10千伏C相母线之间，再一次发生了弧光短路。随即，1^＃主变瓦斯继电器动作，轻瓦斯信号继电器掉牌，1^＃主变过流保护动作跳闸；

次日早5时20分左右，值班员检查66千伏高压开关场，发现66千伏避雷器B相记录器动作一次。经有关人员检测，1^＃主变二次对地绝缘击穿。

第二部分发生事故的原因分析

第一次弧光短路的原因与分析

锦山变电站10千伏侧全部为“两线一地”的供电方式，主变采用B相接地，接地点就

在主变B相的输出端。但是，10千伏母线均按三相敷设，而且10千伏各出线都有一段长度不等架空的“假三线”(架空的B相并不带电)。当出线的甲、乙刀闸及开关都在合位时，架空的“假”B相线实际上等同于一条避雷线（架空地线）。

由于地形所致，10千伏各出线的通道都在变电站的后山上，地势较高（其中：龙山线、大牛群线、火葬场线和101站线尤为突出），所以遭受雷击的频率高。因此，应在变电站10千伏出线端架空的“假”B相装设避雷器，或者在出线端将架空的“假”B相与室内母线断开，并引至站外设独立接地装置接地。

可是，该变电站10千伏各出线架空的”假”B相既没有装设避雷器，也没与室内的母线断开。所以在19时24分，当雷直接击中或间接击中正在运行中的某一10千伏出线的“假”B相时，雷电流波沿架空导线→出线乙刀闸→出线开关→出线甲刀闸→10千伏母线→接地装置流入大地。当雷电流通过以上导体流入大地时产生了很高的电压降，因此就形成了雷电过电压。由于火葬场5333甲刀闸电源侧的触头与C相母线之间的距离稍小些（此距离符合规程要求，只是与其它同一位置的距离相比稍小些），此间的大气耐压值（绝缘强度）低于雷电过电压值，从而导致了弧光短路。其物理过程：

首先是5333甲刀闸电源侧的B相触头与C相母线之间发生气体放电，在很高的雷电电压波的作用下，随即形成了两相弧光短路，并迅速扩大为三相弧光短路。直到赤一变339开关跳闸后，变电站失压弧光才熄灭。

通过事故记录和事故现象以及上述的分析，可以确定：雷直接击中10千伏架空未装设避雷器的“假”B相导线、雷电流波的峰值高以及该变电站接地装置的接地电阻偏大，是造成雷电过电压并引发第一次弧光短路的直接原因。

第二次弧光短路的原因分析

19时28分，因雷击而引发的第二次弧光短路,是由于66千伏线路的B相落雷而绝非10千伏出线的“假”B相落雷。因为，事故时仅有1^＃主变进线的甲、乙刀闸和开关在合位，而其余的开关均在开位，所以不可能是10千伏出线落雷，只能是66千伏线路落雷。通过66千伏避雷器B相记录器的落雷记录也可证明这一点。

同样是雷击引发了弧光短路，但是其物理过程和结果却大相径庭。分析第二次雷击并引发弧光短路的原因及物理过程：

雷直接击中66千伏线路的B相导线，雷电流波沿导线→进线甲刀闸→进线开关→进线乙刀闸→66千伏母线→避雷器内部间隙→避雷器内部非线性电阻元件（又称阀片）→接地装置流入大地。

66千伏避雷器间隙击穿放电电压（工频放电电压）的有效值为140～173千伏；冲击电流经阀片流入大地所产生的电压降（又称为残压），其峰值高达227千伏。由于66千伏设备的冲击耐压值高于66千伏避雷器残压的峰值，所以设备得以保护。

可是这一残压峰值却大大高于10千伏设备的冲击耐压值。对于10千伏侧三线供电的变电站，由于其66千伏设备与10千伏设备之间并没有“电”的直接联系，所以66千伏避雷器的残压不会造成10千伏设备的雷电过电压，因此也不会发生10千伏侧弧光短路的事故。

但是由于该站10千伏侧“两线一地”供电的特殊性，所以当66千伏线路遭受雷击后，通过雷电流波把66千伏避雷器、变电站接地装置和主变二次侧的B相联接到一起，构成了66千伏设备与10千伏设备之间“电“的直接联系，因此66千伏避雷器的残压能够直接作用于10千伏设备；由于66千伏避雷器的残压峰值高以及该变电站接地装置的接地电阻偏大，所以形成了雷电过电压，这就是发生第二次弧光短路的直接原因。

三、1^＃主变烧毁的原因分析

第一次雷电过电压的有效值低于主变二次绕组的耐压值，故没形成电击穿。但由于短路点在10千伏母线，根据赤峰电业局提供的系统参数和5000千伏安1^＃主变的参数计算得知：母线三相短路的短路电流高达2500安以上，在持续了数秒且如此大的短路电流作用下，1^＃主变的一、二次绕组承受了很大的电动力，并在其内部产生了较高的温度。

由于形成第二次雷电过电压的峰值达到主变二次绕组冲击耐压值的5倍，导致了B相二次绕组与铁芯和“地”之间的电击穿，并造成了内部短路接地。在外部短路电流和内部短路电流的共同作用下，更大的电动力和更高的温度再次叠加到主变绕组上。首先是二次绕组的层间热击穿，而后是一、二次绕组之间的热击穿，最终导致主变绕组烧毁。

通过以上的分析可知：直击雷形成的66千伏避雷器残压和“两线一地”供电的特殊性，共同构成了主变烧毁的直接原因。

二00二年九月三日（初稿）

二00三年七月十九日（修改定稿）

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