一起主变差动保护事故的启示

吴登高 刘福鼎

（湖南澧水流域水利水电开发有限责任公司 长沙市 410014）（湖南省江垭水电站 张家界市 427221）

1 概述

关门岩水电站是湖南澧水流域水利水电开发有限责任公司自筹资金建设的第一个水电项目。电站位于湖南省慈利县境内澧水流域一级支流溇水中下游，上距江垭水库12km，为江垭水电站的反调节电站。工程以发电为主，兼有旅游、养殖等效益。电站2006年12月第1台机组发电，2007年3台机组全部投产。

电站安装3台单机容量11MW的灯炮贯流式水轮发电机组，设计年发电量约1.08亿kW·h。1#、2#发电机与1#主变位扩大单元接线，3#机与2#主变压器为单元接线，发电机出口均设有断路器，主变低压侧为三相共箱母线，电站以一回110kV线路经江垭水电站1#主变升压后接入湖南电网。

图1为扩大单元接线图

图1 扩大单元接线图

2 事故经过

2012年1月30日00：25，计算机监控系统突然关机，运行的3#机组事故停机。检查发现1#主变差动保护动作，1#主变高压侧510、低压侧310断路器跳闸，厂用400VⅠ段母线失压，监控系统UPS无输出。

图2为UPS供电简图

图2 UPS供电简图

3 事故处理及分析

3.1 事故处理

事故发生后，检修人员到达厂房后立即进行事故处理：跨接厂用电后，启动监控系统恢复运行——检查1#主变二次回路接线、及两侧TA，校验差动保护单元——检查、试验变压器本体——取主变油样送检——检查主变低压侧共箱母线。

3.2 事故原因分析

3.2.1 监控系统掉电及#3机组事故停机原因分析

由图2中的UPS供电简图可以看出，400V厂用Ⅰ、Ⅱ段两路交流输入电源经自动切换装置给UPS装置供电。事故时，由于1#主变高低压侧断路器跳闸，导致400V厂用Ⅰ段母线失压，自动切换装置进行电源倒换时，UPS装置同时故障自动关机，监控系统掉电，3#机组轴承油示流器失电，现地单元报“油流中断”，3#机组事故停机。

3.2.2 主变差动保护动作分析

对变压器套管、引出线、压力释放阀及高低压侧TA等设备检查，未见异常。对保护装置进行了采样检查、定值校验、整组传动试验，检查结果未发现异常，保护动作正确。

（1）从主变本体取油样进行化验，化验结果见表1。

表1 主变压器绝缘油色谱分析报告

根据DL/T722-2000标准，油中溶解气体含量正常。

（2）主变压器绝缘检查情况见表2，直流电阻检查见表3。

表2 主变压器绕组绝缘电阻及吸收比

表3 不同围岩类别条件下的安全系数

各项试验数据均合格，未见异常。

（3）二次数据分析与事故原因推测。根据图3故障波形分析，高压侧Ia+Ic=Ib，并且Ia、Ic同向，而与Ib反向，可推测出低压侧相间短路。差动保护动作跳闸后，B相先于A、C相6ms跳开，Ib在55ms时变为零，由于断路器动作的非同期性，在变压器高压侧产生零序电流，在61ms时Ia、Ic、I0同时为零。图4为高压侧故障电流向量图。我们对以上情况做一简化分析，变压器Y·n/d-11接线如图5所示。

图3 高压侧相电流故障录波图

图4 高压侧故障电流向量图

图5 变压器低压侧相间短路图

图5中所示低压侧A、B两相发生短路时，设其中Δ侧的短路电流为：

Id=Ia=-Ib，Ic=0（负荷电流很小，忽略不计）

设变压器的变比n=1，变压器对称运行时三角形侧引出线上的电流Ia、Ib、Ic与星形侧的电流IA、IB、IC关系为：

利用上式，可由星形侧电流算出三角形侧的电流。将上式作如下变换：

当Δ侧A、B两相短路时，因Ia=-Ib=Id，Ic=0，所以：

由以上得：-IB=IA+IC=2IA=2IC

由上述分析可知，在Y·n/d-11接线变压器三角形侧发生两相短路时，星形侧的一相（发生两相短路的落后相）电流等于其他两相短路电流的两倍，且这一相电流与其他两相电流方向相反。

3.3 主变低压侧母线检查印证分析

根据3.3的分析，可以推测短路点应在变压器低压侧断路器至本体的共箱母线段范围内。1月30日对共箱母线进行全面检查，在靠近断路器侧10m左右A、B相间的绝缘支架下方发现一只被烧焦的老鼠。

检查结果与分析结果一致，可以确认此次事故系老鼠进入共箱母线内造成变压器低压侧瞬间相间短路。

4 事故的教训与启示

此次事故，主要原因是由于高压设备柜未有效封堵，老鼠进入共箱母线，引起弧光短路，导致主变差动保护动作。事故造成关门岩水电站1#主变压器非计划停运10小时，造成全厂计算机监控系统停运1小时，虽直接经济损失不大，但性质严重。

电站2009年曾安排进行设备的封堵工作，但工作有遗漏，最终酿成发电设备非计划停运事故。事故发生后，电站立即对该处进行了整改，并在全站范围内进行了安全隐患排查治理。事故的教训是深刻的：

（1）反事故措施，须执行到位。2006年，湖南省电力公司印发《贯彻国家电网公司十八项电网重大反事故措施实施细则（试行）》，其第11项“防止开关设备事故”关于“预防高压开关柜故障的措施”中有明确要求：“11.13.6高压开关柜内母线及各支引线宜采用可靠的绝缘材料包封，以防止小动物或异物造成母线短路。”

反事故措施在电力系统中是一项基础工作，防火防小动物封堵是反事故措施中一项很小但很重要的工作，因小动物造成短路的事故常有发生，极易造成重大设备损坏。此次事故再次敲响警钟，防火封堵工作要作为一项重要工作，必须常抓不懈。

（2）加强厂用电源的管理。事故发生后，电站对监控系统UPS进行了全面改造，新改造的UPS系统由两台电力专用UPS构成，分别由两段厂用单独供电，直流输入分别由两段站用直流供电，两台UPS并机运行，不再设交流输入切换装置，增加了UPS供电的可靠性。

（3）设备带病运行时，一定要作事故预想和有效的应对措施。春节前发现UPS装置存在蓄电池老化、逆变装置交流输入失电时会出现死机等缺陷，电站运行部门曾针对该缺陷编写了应急处理方案及事故预想。但方案对于两台装置同时掉电的情况考虑不够充分，而又恰逢春节，缺陷未能及时处理，最终导致这次主变低压侧短路跳闸、跳机。事故再次警示，在设备带病运行时不仅要加强巡视，还要及时消除设备缺陷。