某水电厂多台110kV电压互感器同时损坏事件分析

罗和煦

（福建华电投资有限公司，福建 福州 350003）

1 事件发生前的运行方式

某水电厂装有2台12.5MW水轮发电机组，采用发电机－变压器单元接线，其中1号主变为三圈变，中压侧接有一条35kV南星线。110kV出线侧为内桥带外跨条的接线方式，2条线路分别为紫水线和适南线，线路侧各装设1台电磁式电压互感器(具体接线详见图1)。

2008-03-23，因电网原因110kV适南线退出运行，在出线处将导线解开。适南线断开后，地调下令110kV系统运行方式改为外跨条运行、内桥备用，即110kV内桥140开关热备用，外跨条1403和1404刀闸合闸，紫水线141开关及线路、适南线142开关运行，2条线路开关重合闸方式均投“检同期”。

2 事件经过

2008-09-04，电厂1，2号机组正常运行，1，2号厂变正常运行，1，2号主变正常运行(1号主变中性点接地，2号主变中性点不接地)，35kV南星线301开关正常运行，110kV系统以外跨条运行、内桥备用方式正常运行。

13:04，随着雷鸣，1，2号机组及1，2号主变受到重大冲击，110kV紫水线141开关跳闸，1，2号机负荷甩至0；110kV紫水线“距离II段”保护动作，故障距离17.1Km，故障相别C相，141开关重合闸无动作。1号机组因141开关跳闸后带小网运行不稳定，值长下令停1号机组，断开南星线301开关、1号主变低压侧605开关、1号厂变高压侧603开关。此时电厂运行方式为：2号机组、2号主变(中性点不接地)、142开关、110kV外跨条以及110

kV紫水线运行，同时因紫水线对侧开关跳闸后未重合闸，形成孤立小电网。

13:21，2号机组及2号主变再次受到冲击，适南线142开关跳闸。110kV适南线“零序过流II段”保护动作，故障距离0.1Km，故障相别B相，142开关重合闸无动作。

现场检查发现，紫水线线路B，C相PT及适南线线路B相PT的金属膨胀器向上不同程度顶开； 2号主变中性点保护间隙有明显的放电痕迹；紫水线B，C相避雷器各动作1次，适南线A，B相避雷器各动作1次， 2号主变中性点避雷器动作1次，2号主变高压侧避雷器B，C相各动作1次，而其A相动作达11次。

3 事件原因分析

3.1 第1次冲击分析

根据当时的天气状况、线路两侧的保护动作情况和故障录波判断，2008-09-04 T 13:04，110kV紫水线C相遭受雷击，紫水线对侧线路保护的零序、距离Ⅰ段保护动作，开关跳闸，且由于装置故障未重合；紫水线线路保护距离II段动作，延时500Ms出口跳141开关，故障相C相电流6.64A，故障零序电流9.29A。因141开关重合方式投“检同期”，开关未重合。

从适南线保护装置的动作记录看，在紫水线遭雷击时，该线路保护装置有长期启动记录，但因故障电流未达到整定值而未出口跳闸。这是由于2台并列运行的变压器中性点接地方式不同，导致系统序网中零序电流不同，从而造成雷击故障时外跨条运行方式的142开关线路保护无法及时切除故障。

3.2 第2次冲击分析

紫水线141开关跳闸后，系统运行方式变为：2号机组通过2号主变、142开关、110kV外跨条、110kV紫水线空载运行。由于2号主变中性点不接地，110kV系统变成中性点不接地运行系统，其示意图见图2。

图2所示为典型的具备构成铁磁谐振条件的运行方式，即单台发电机带变压器(中性点不接地)、电磁式电压互感器和空载线路的运行方式。根据故障录波数据分析，PT二次电压变化情况如下：A相电压在48.54V～88.09V范围内波动，B相电压在52.94V～107.9V范围内波动，C相电压在61.59 V～87.36V范围内波动；电压波形为基波与1/2次谐波的合成波形，有明显低频率(约为20H z)的谐振现象，谐振过电压时间长达16min55s。此时B相一次电压最高，因此造成B相绝缘首先击穿，并通过变压器中性点保护间隙放电。现场检查也表明2号主变中性点保护间隙有明显的放电痕迹。从适南线142开关动作波形图可知：故障相B相零序电流为3.98A，达到零序过流II段保护的动作条件，适南线零序过流II段保护延时1000Ms出口跳142开关。

因此，造成第2次冲击的原因是：紫水线141开关跳闸后，由于紫水线线路容抗和110kV侧电磁式电压互感器对地励磁电抗满足分次谐波谐振条件，引起PT电流增大，从而造成PT过热损坏。现场检查发现，紫水线141线路B，C相PT及适南线142线路B相PT的金属膨胀器向上不同程度顶开。最终，由于紫水线线路B相PT绝缘击穿，与放电的2号主变中性点保护间隙构成零序故障电流回路，由适南线零序过流II段保护动作切除故障。

4 暴露问题

4.1 地调下达的命令不合理

适南线断开后，水电厂110kV系统应改为内桥方式运行，即合上内桥140开关及两侧刀闸，2号机组负荷通过140开关和141开关从紫水线送出。此时，继电保护仍按原设计的内桥方式运行，不需要变动。若改为外跨条运行方式，在单线路接线的情况下，线路保护仍按原设计的紫水线141开关和适南线142开关保护运行，则当线路发生短路故障时，由于相互助增电流的影响，141及142开关感受到的短路阻抗不再是线路的短路阻抗，结果将引起保护拒动。因此，适南线断开后，不宜采用外跨条运行方式。

4.2 运行方式改变后电厂未对保护方式进行调整

110kV系统改为外跨条方式运行后，电厂分析认为存在线路短路时保护可能拒动的隐患，并于2008-07-03专门发函向地调要求改变110kV系统运行方式，但地调未予采纳，因此电厂也未对保护方式进行调整。实际上，电厂应针对这种运行方式，将用于紫水线线路保护的电流改取紫水线141开关CT和适南线142开关CT的和电流，保证在线路保护动作时同时作用141，142开关跳闸。

4.3 电厂运行人员事故处理不当

在第1次141开关跳闸至第2次142开关跳闸的17min内，电厂运行人员未能及时根据事故后运行方式的变化，合上2号主变中性点接地刀闸，以保持110kV系统按大电流接地方式运行；或者在判断紫水线遭雷击故障、对侧未重合成功时，应手动断开适南线142开关。如果运行人员采取以上措施之一，就可避免此次PT损坏事件。

4.4 电厂应急管理不到位

电厂虽然分析到适南线断开、110kV系统外跨条运行后存在线路短路时保护可能拒动的隐患，但是没有制订相应的应急处置措施，也未对运行人员进行相关培训，造成运行人员在事件发生时采取的处置措施不当。

5 防范措施

5.1 保证任何情况下继电保护的配置与一次系统运行方式匹配

适南线断开后，电厂110kV系统可以选择内桥或外跨条运行方式。若采用内桥运行方式，继电保护设置可不做改动，但运行方式不够灵活。在1号主变故障时,保护将动作141和140开关同时跳闸，造成全厂无法发电。若采用外跨条运行方式，紫水线保护的电流应改取紫水线141开关CT和适南线142开关CT的和电流，并在线路保护动作时同时作用141、142开关跳闸。因此，在继电保护的配置未作变更的情况下，可选择内桥运行作为临时运行方式，以保证保护正确动作。

5.2 优化110kV系统电气主接线

适南线断开后，110kV系统送出线路只有紫水线单回路，因此可以对原110kV系统电气主接线进行简化，以提高运行可靠性，同时减少设备维护工作量。简化方案可采用相当于110kV单母线运行的接线方式，即取消外跨条1403、1404刀闸，将原紫水线141回路和适南线142回路的出线直接连接；取消内桥140开关及两侧刀闸；取消2台主变高压侧刀闸；取消原适南线线路PT。优化后的主接线如图3所示。继电保护方面，同时停用内桥140回路保护和适南线线路保护，紫水线保护的电流取141开关CT和142开关CT的和电流，并在线路保护动作时同时作用141、142开关跳闸。

5.3 更换电磁式电压互感器

电容式电压互感器能可靠地阻尼铁磁谐振，且具备优良的瞬变响应特性。因此，为了防止铁磁谐振过电压产生，应将110kV系统内的电磁式电压互感器更换为电容式电压互感器。

5.4 加强运行人员的业务培训

应加强对运行人员的培训，要求他们掌握全厂继电保护基本原理及动作过程，能根据事故现象准确判断故障性质，并掌握各种事故的正确处理方法。同时，加强应急管理，完善应急预案并加强演练，提高运行人员的应急处置能力。