一起电抗器起火引起变压器差动保护故障分析

刘宗纯

（萍乡萍钢安源钢铁有限公司，江西萍乡337000）

一起电抗器起火引起变压器差动保护故障分析

刘宗纯

（萍乡萍钢安源钢铁有限公司，江西萍乡337000）

通过对一起110 kV变电站运行中电抗器起火事故的综合分析，找出了设备起火的原因，分析了设备在制造方面存在的缺陷，对今后的设备日常维护、试验提出了建议。

电抗器；起火；变压器差动保护；制造缺陷

1 引言

2010年9月16日14：15萍钢安源分公司动力厂110 kV变电站3#主变因电抗器起火引起3#主变差动保护动作出口，分别跳开该变压器高、低压侧开关跳闸。造成安源分公司炼钢、机烧、原料、炼钢泵站、回收站及新轧钢泵站等14条10 kV全部停电，严重打乱公司生产秩序。3#主变型号为SFZ11-63000/110，额定容量：63000 kVA，额定电压：（115±8×1.25%）/10.5kV，额定电流：316.3/3464.1，联接组别：YNd11。3#主变电抗器为干式空芯电抗器，型号：XKJKL-10-4000-12%、4000 A，额定短时电流：80 kA（允许2 s），阻抗：0.075 Ω。电抗器三相叠装(由上至下依次为A、B、C相)，产品2010年7月出厂，2010年8月投运。

2 事故经过

该变电站的用电系统一次主接线如图1所示。安钢高压供电系统运行方式为110 kV采用单母分段接线方式；110 kV跑安线带1#、2#主变运行，1#主变110 kV侧中性点接地；110 kV五安线带3#主变运行，3#主变110 kV侧中性点接地。1#、2#主变10 kV侧快速开关均为运行状态，3#主变串电抗器运行。10 kVⅠ、Ⅱ、III段母线分段运行（联络开关932#为热备用状态，934#、931#为冷备用状态）。

9月16日14：16变电所事故喇叭响，电脑报警，3#主变差动动作，同时外场发出一声巨响,当班人员经检查：3#主变DVP显示差动动作,3#主变103#、903#两台开关同时跳闸，电脑10 kVⅢ段母线上所有负荷显示为0，微机母线差动保护装置报差动开放Ⅲ段。到现场后值班员使用干粉灭火器进行灭火后，检查发现3#主变电抗器B相烧损严重，A、C相有熏黑烧坏痕迹，A、B、C相间支柱绝缘子虽破损（起火高温引起）但无放电闪络痕迹。通过现场检查及对二次保护信息的分析，可基本确定，串抗B相最内层包封的绕组内部发生匝间短路是造成本次3#主变差动保护动作故障的直接原因。原因查明后，检修人员将故障电抗器拆除并短接处理后,于23：31分恢复3#主变恢复正常运行方式。

3 事故原因分析

事故发生后，检修人员对3#主变本体及相关一次部分进行检查试验，确认一次设备完全正常，无短路、接地现象。对二次部分进行检查，控制回路部分未见异常，保护装置运行正常，保护定值整定正确。排除外部电网短路引起事故，期间变电所及外供电无任何操作任务。

从故障报告来看，3#主变低压侧B相电流突然升高，差流达到5.1 A，超过了3#主变差动保护的启动门槛值(2.75 A)。

从设备运行情况来看，事发前几天9月14日公司因技改工程施工，施工单位不小心从空中坠物掉到烧结线，使110 kV变电所3#主变的快速开关三相桥体炸开，之后维修人员因无备件将3#主变快速开关甩开，直接3#主变低压侧串电抗器带10 kVⅢ段母线运行。根据现场运行需要，要求近期在未恢复之前3#主变电抗器运行时必须加强对电抗器设备运行的监控，列入A级特护范围，同时要求隔2 h对电抗器本体及各电气联接部位进行测温（各测温点温度＜70℃）并记录。3#主变电抗器各测温点温度监测如表1。

表1 3#主变电抗器各测温点温度监测表

从表1数据上分析，3#主变电抗器运行参数正常，未发现异常现象。电抗器的运行电流在正常额定范围之内，因电抗器与主变是串联，监测3#主变的电流就可以监测3#主变电抗器的运行电流。具体监测参数如表2。

表2 3#主变低压侧运行电流监测表

通过现场检查及对二次保护信息各现场运行参数的分析，可基本确定，串抗B相最内层包封的绕组内部发生匝间短路是造成本次3#主变差动保护动作故障的直接原因。随后，专业人员和厂家对故障电抗器进行现场勘察和数据收集，召开由工程部组织的电抗器起火专题分析会。

4 绕组内部发生匝间短路原因分析

出现匝间短路绝缘劣化，而且最内层包封匝间绝缘明显比其他层劣化严重，可以存在以下几种情况：

（1）设备运行存在过电压现象；

（2）设备运行存在过电流现象；

（3）电抗器绕组匝间过热老化。

从以上三种情况来看设备运行存在过电压现象这种可能性较小，因为从110 kV变电站主控室的电压监测波形看比较平稳，没有电压跳跃现象且这段时间没有作任何操作（和上级供电局联系他们也未操作）。而设备运行存在过电流现象这种可能性也较小，从上对3#变压器运行数据来看未超过其电抗器的额定运行电流＜4000 A。电抗器绕组匝间过热老化现象在以往运行工作中也曾出现过。经过对厂家在会上对电抗器制作过程及使用原材料及生产工艺的了解，认为该问题的产生原因为：

（1）最内层包封没有撑条固定(而其他层均有撑条固定)，长时间运行热胀冷缩作用下环氧树脂层容易变形产生裂纹，水分从裂纹直接进入包封内部。

（2）制造技术中线匝之间、导线层与内包封纤维层之间均有一定的间隙，为潮气和雨水留出了通道和驻留空间，使导线外面包裹的薄膜直接接触潮气和雨水。

（3）得到厂家对电抗器制作过程的肯定，在制作电抗器时由于绕组绕线过程中有焊接现象，也就是说整个电抗器绕组有电气接头。如果电气接头焊接工艺不好，产生焊接空隙，在通过大电流时由于接触面积不够产生发热，而诱发电抗器局部发热使相邻间受热绝缘老化，造成匝间短路。

（4）其导线外面包裹的为3层聚酯膜，而聚酯膜在高温作用下较易产生水解，长时间运行后绝缘劣化严重，导致导线匝间绝缘严重降低。

以上4种原因，由于电抗器是2010年8月投运，至2010年9月16日事故发生运行时间较短，且最近天气较晴朗，（1）、（2）、（4）三种情况可能性较小，可以判定3#主变电抗器B相由于制作工艺缺陷引起。

5 处理和整改措施

原因明了，就电抗器制作工艺问题，我们要求该厂家采取了以下技术改进措施：

（1）将导线外面包裹的3层聚酯膜改为两层聚酯膜中间夹一层聚丙膜(高温下不易水解材料)。

（2）采用了导线浸胶工艺。增强绕组匝间绝缘。由于导线外面的绝缘薄膜过于光滑，不能携带足量的环氧胶，因此在薄膜外增加包绕一层电工无纺布，可携带大量的胶液到线圈上，不仅使绝缘薄膜具备了防潮保护层，同时导线上多余的环氧胶填充了所有的缝隙，避免了潮气和雨水与导线的直接接触。

（3）电抗器制作过程中避免使用有接头绕组，使绕组匝间较均匀，避免类似现象发生。

（4）由于快速开关与主变电抗器并联使用，起到了正常运行方式时由快速开关供电，故障时用快速开关切断故障电流由主变电抗器作限流作用从而保护主变。所以提高快速开关动作整定值，由原1#、2#主变快速开关整值12 kA改为25 kA，3#主变快速开关整值15 kA改为29 kA。有效地提高电抗器的使用寿命。

6 事故防范及日常控制措施

针对安源分公司110 kV变电站3#主变电抗器干式空芯电抗器起火后对设备的检查情况及事故原因分析，建议干式空芯电抗器运行单位在日常维护中应注意以下几点：

（1）加强设备巡视，检查电抗器包封撑条是否脱落、电抗器外绝缘、瓷瓶有无明显的放电现象、有无异响等。及时发现设备运行中存在的问题，并及时处理，避免发生其他恶性事故。

（2）加强干式电抗器的运行巡视和红外测温工作。干式电抗器投切后，应注意检查相关设备潮流及系统电压是否正常，与之连接的避雷器是否动作等，发现缺陷应及时处理;按期开展干式电抗器红外测温工作，高温、大负荷情况下应适当增加测温次数，测试结果应注意与历史温升、相间温升比较。

（3）由于采用三相叠装方式的串(限)抗在出现故障后极易发展为相间短路，且如果单相发现局部起火，可以会引发其他相，扩大了事故。这时如串(限)抗为前置，就相当于造成主变低压侧出口短路。为避免或降低因主变低压侧出口短路造成主变损坏的几率，建议以后基建工程中当串(限)抗前置时，不要采用三相叠装方式，宜采用“品”字装方式。

（4）运行维护单位在干式空心电抗器停电检修期间除按照规程规定进行定期试验外，还应进行全面外观检查，检查的重点是最外层和最内层包封表面的开裂情况。必要时可采用内窥镜检查各个包封层表面的开裂情况以及是否存在鼓包和树枝状爬电现象。对运行时间较长且包封表面开裂严重的，建议逐步进行更换；对包封表面轻微开裂的，建议进行喷涂防污闪RTV涂料处理，以延缓包封开裂后水份进入绕组内部对导线绝缘层侵蚀的速度。

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

刘宗纯（1980－），男，毕业于天津工业大学，助理工程师，现从事电气设备技术管理工作。