永宁风电场110kV主变压器中性点间隙击穿事故原因分析

敖　鹏　李彦质（.中国水电顾问集团风电关岭有限公司，贵州关岭　56300；.中国水电顾问集团投资有限公司，北京　000）



永宁风电场110kV主变压器中性点间隙击穿事故原因分析

敖鹏1李彦质2
（1.中国水电顾问集团风电关岭有限公司，贵州关岭561300；2.中国水电顾问集团投资有限公司，北京100101）

【摘 要】永宁风电场因电网故障引发110kV主变压器中性点间隙击穿，接地点接地不良致中性点间隙零序电流引至中性点接地刀闸现地操作箱，造成设备烧毁事故。本文分析了事故的发生原因及处理过程，总结了经验教训，指出了变电站接地系统对电力设备安全运行的重要性。

【关键词】主变压器；中性点间隙；击穿；原因

1　概　述

永宁风电场位于贵州省安顺市关岭布依族苗族自治县境内，共安装24台单机容量为2MW的风力发电机组，总容量为48MW。设计年平均上网电量为96256MW·h，等效满负荷年利用小时数为2005h。首台机组于2015年5月25日并网发电，2015年6月29日24台机组全部并网发电。

永宁风电场通过2回35kV集电线路接入永宁110kV升压站35kV母线，主接线采用线路变压器组接线方式，最终出线1回至220kV顶云变电站。永宁风电场升压站安装一台三相双圈有载调压变压器，容量为50MVA，额定电压为（110±8）×1.25%/ 35kV，命名为永宁风电场1号主变压器。

2　事故经过

永宁风电场升压站于2015年5月24日正式带电运行，1号主变压器采用中性点直接接地方式。2015 年5月25日，因电网系统需要，当地调度命令断开永宁风电场1号主变压器中性点接地刀闸，1号主变压器中性点运行方式改为经间隙接地方式运行。

2015年7月24日，永宁风电场正常运行，负荷6560kW。当日9时5分，因电网故障导致永宁风电场110kV输电线路停电，所有风机甩负荷停机，上位机第一个故障信息报1号主变压器低后备保护-低压侧复压动作。现场检查1号主变压器高低压侧断路器均处在合闸位置，所有继电保护装置均未发出任何跳闸信号，1号主变压器本体及套管无放电痕迹，1号主变压器中性点接地刀闸现地操作箱及操作电机被烧毁，停电系电网系统侧停电导致。

后查明因当地电网A相接地故障，造成电网系统三相电压不平衡，致永宁风电场1号主变压器中性点产生281.27kV的零序电压，并击穿中性点间隙，产生6.6kA的间隙零序电流，持续时间为1.2s，电流引至1号主变压器中性点接地刀闸现地操作箱，并烧毁操作箱及操作电机，造成设备烧毁事故。

3　事故原因分析

3.1关于变压器中性点运行方式的原因分析

变压器中性点接地方式有三种：ⓐ不接地；ⓑ直接接地；ⓒ经电抗器接地。110kV系统中变压器中性点直接接地或经低阻抗接地，部分变压器中性点也可不接地；对可能在110kV系统中偶然形成局部不接地系统，并产生较高的工频过电压，低压侧有电源的110kV变压器中性点不接地的中性点应装设间隙，因接地故障形成局部不接地系统时，该间隙应动作［1］。为了防止中性点不接地，变压器中性点电压在故障时升高破坏变压器绝缘，因此不直接接地的变压器中性点采用间隙保护。当中性点电压升高时，空气间隙被击穿引燃电弧，将中性点接地。当电压降低后，电弧熄灭，中性点不接地［2］。

因当地电网系统运行方式的需要，永宁风电场110kV 1号主变压器正常运行时其中性点接地方式为经间隙接地方式运行（不接地），低压侧接入风电场风力发电机组电源。在此次发生系统A相接地故障时，1号主变中性点产生过电压，永宁风电场升压站形成局部不接地系统，1号主变压器中性点间隙击穿动作正确，产生间隙零序电流。故永宁风电场1号主变压器中性点经间隙接地运行方式应是合理的，符合当地电网运行的要求。

3.2关于电气设计计算的原因分析

永宁风电场为新建电场，2015年5月24日升压站带电运行，目前处于试运行阶段，至2015年7月24日故障发生时，电气设备均正常运行。参考同地区、同装机容量、相同设计方案的织金三塘风电场，其主变压器中性点运行方式同为经间隙接地方式运行，在系统故障形成的织金三塘风电场升压站局部不接地系统中，主变中性点间隙击穿动作后并未发生设备烧毁事故。鉴于此，可判断永宁风电场的电气设计计算应是合理的。

3.3关于继电保护装置是否正确动作的原因分析

永宁风电场主变压器高后备保护间隙过流定值二次值为3.33A，折算成一次值为100A（间隙电流互感器变比为150/5A），间隙保护1时限退出，间隙保护2时限投入，定值为1.5s。此次事故发生时产生的间隙零序电流为6.6kA，持续时间为1.2s，间隙零序电流值已达到保护启动值，时间未达到保护动作时限，保护装置未发出跳闸命令。永宁风电场保护定值按照现场实际参数经专业计算而得，其科学性应得到认可。因此，此次事故发生时保护装置未动作出口跳闸是合理的。

3.4关于接地不良的原因分析

接地系统是电网的重要组成部分，其任务是将某些电气设备与大地连接，提供稳定的参考地电位，为故障电流或雷击电流提供宣泄通道［3］。现场对永宁风电场1号主变压器中性点接地点的接地电阻进行测量，其值为无穷大。可推断此次事故系因1号主变压器中性点接地点埋入地下的接地扁铁断裂，1号主变压器中性点间隙击穿时产生的间隙零序电流不能顺利引入大地消耗，流向中性点接地刀闸现地操作箱，形成反击过电压所致，这是此次事故发生的根本原因。

4　事故处理

为保证永宁风电场1号主变压器的安全运行，采用两根专用接地线，连接永宁风电场1号主变压器中性点接地点至升压站其他两点接地电阻合格的接地点双接地的临时安全措施。对1号主变压器中性点接地点的接地扁铁进行焊接，对附近土壤进行加降阻剂处理，并测量确保接地点的接地电阻值达到设计标准；更换新的中性点接地刀闸现地操作箱，并对主变压器中性点机构整套进行试验，保证各项数据均达到标准要求，不留任何事故隐患。

在2015年9月12日因雷击造成永宁风电场110kV输电线路C相接地故障过程中，1号主变压器中性点间隙击穿所产生的9.1kA间隙零序电流顺利通过接地系统引入大地消耗，未造成任何设备烧毁，证明此次事故的原因分析及处理过程是正确的。

5　经验教训

永宁风电场升压站接地电阻设计值为小于0.5Ω，永宁风电场升压站接地网工程与电气安装工程分属两个独立工程，接地网在验收时的电阻测量值为0.4Ω，满足设计要求；升压站各电气设备接地点在验收时的接地电阻测量值也能满足设计要求。在两项工程接近完工的交叉施工阶段回填时，土石方压断了1号主变压器中性点接地点的接地扁铁，而在设备投运时未检查各接地点的接地电阻值是否满足设计要求，造成了此次事故。

6　结　语

对变电站而言，其接地系统要求能够将故障电流和雷击电流及时传导至土壤，保障变电站内的电气设备不遭到反击过电压的破坏，同时保护工作人员在故障检修时免遭地电位升高的伤害，因此接地系统对电网安全运行有着极其重要的意义［3］。良好的接地系统应提供一个尽可能低的低电阻对地路径（接地电阻），接地电阻越低，雷电流、浪涌和故障电流就可越安全地消散到大地，过电压值就越低。接地装置通过降低接地电阻，加速接地电流的扩散，减少地电位的升高，在变电站中的作用非常重要。一个合乎规范要求的接地装置，可以在变电站发生接地故障时，保障人身和设备的安全。为防止反击过电压烧坏电力设备，保证工作人员不受地电位伤害，电力系统运行维护单位应在安全生产工作中确保接地系统的完整性、可靠性；在新设备投入运行及检修、试验完成后应严格检查接地系统和接地装置的完好性；做好对接地系统和接地装置的定期检查和维护工作，保证安全生产。

参考文献

［1］ DL/ T 620—1997交流电气装置的过电压保护和绝缘配合［S］.北京：中国电力出版社，1997.

［2］ 孙万忠.110kV变压器中性点接地方式探讨［J］.四川电力技术，2001（5）.

［3］ 朱虹霖.变电站接地系统的重要性［J］.硅谷，2013（23）.

Analysis on the reasons of 110kV main transformer neutral point gap breakdown accident in Yongning Wind Power Plant

AO Peng1，LI Yanzhi2
（1.Hydrochina Wind Power Guanling Co.，Ltd.，Guanling 561300，China；2.Hydrochina Investment Co.，Ltd.，Beijing 100101，China）

Abstract：110kV main transformer neutra1 point gap breakdown occurs because of the power grid fai1ure in Yongning Wind Power P1ant.Adverse earth point 1ead to neutra1 point gas zero sequence current f1owing to neutra1 point grounding switch in-situ operation box，thereby producing equipment firing accident.In the paper，accident reasons and treatment process are ana1yzed，experiences and 1essons are summarized.It is appointed that transformer substation grounding system has great importance to safe operation of power equipment.

Key words：main transformer；neutra1 point gap；breakdown；reasons

DOI：10.16617/ j.cnki.11-5543/ TK.2016.02.011

中图分类号：TM4

文献标识码：B

文章编号：1673-8241（2016）02-0035-03