风偏引发变电站多处引下线放电跳闸故障 技术分析

娄方旭，张庆伟，毛 强，胡 星，殷 慧，曾 茗

（贵州电网有限责任公司贵阳供电局，贵州 贵阳 550002)

1.1 某220kV 变电站跳闸前电网运行方式

220kV 系统接线方式：220kV Ⅰ、Ⅱ母并列运行，1 号主变220kV 侧211 开关、2 号主变220kV侧212 开关均运行在220kV Ⅰ母，3 号主变220kV侧213 开关运行在220kV Ⅱ母。110 kV 系统接线方式：110kV Ⅰ、Ⅱ母分列运行，由1 号主变110kV 侧111 开关和2 号主变110kV 侧112 开关并列运行供110kV Ⅰ母；主变中性点接地方式：3号主变220kV 侧2130 中性点地刀、110kV 侧1130中性点地刀及1 号主变110kV 侧1110 中性点地刀在合位。运行方式见图1。

图1 故障发生前一次设备运行状态

1.2 故障后电网运行方式

跳闸事件发生当日23 时至次日6 时许，该变电站境内受强对流天气影响，现场出现雷雨、大风，气象局报道“极大瞬时风速39.8m/s”，即飓风。

次日00:12 变电站1 号、2 号主变均差动保护动作跳闸；00:14 变电站220kV Ⅰ母母差保护动作跳闸，110kV Ⅰ母及10kV Ⅰ、Ⅱ母失压，1、2 号站用变失电，全站用交流电失压；00:56 运行人员赶赴现场退出3 号主变风冷全停跳闸功能，02:17运行人员与检修人员对1、2 号主变及110kV Ⅰ母及其所属开关间隔一、二次设备检查无异常，随即对故障点和设备进行检查，并恢复站内用电和部分线路供电。保护动作后现场运行方式见图2。

图2 故障发生后一次设备运行状态

2.1 保护动作情况

现场保护动作报文如下：主变及母线保护均为差动动作，根据动作的相别、报文和录波，初步判定故障点位于主变保护区内和220kV Ⅰ母保护区内（见表1）。

表1 站内各保护动作情况

整理各保护动作的时序，如图3 所示。

图3 保护动作时序

根据母线保护打印的波形（见图4）可以看出，只有220kV 母联210 间隔C 相电流有突变，是引起母线I 母小差保护动作的原因，可以进一步判定故障位于210 断路器靠I 母侧。

图4 母线差动保护动作波形

根据1 号主变保护打印的波形（见图5）可以看出，只有220kV 侧B、C 相电流有突变，是引起1 号主变保护动作的原因，结合报文可判定是高压侧相间故障，可进一步判定故障位于211 断路器靠1 号主变侧的B、C 相导线之间或者主变高压侧B、C 相绕组之间。

根据2 号主变保护打印的波形（见图6）可看出，只有220kV 侧A 相电流有突变，是引起2 号主变保护动作的原因，结合报文可判定是高压侧A 相单相接地故障，可进一步判定故障位于212 断路器至2 号主变高压侧绕组之间的A 相线路上。

图5 1号主变差动保护动作波形

图6 2号主变差动保护动作波形

2.2 一次故障点放电情况

现场勘察情况：220kV 主变进线及母联高跨线的引下线，由于受极大瞬时风速39.8m/s（超设计最大风速30m/s，超该地区历年最大风速19.0m/s两倍多）的飓风影响，摆向出线构架的横梁，在引下线至横梁距离小于0.6m（工频电压下《高压配电装置设计技术规程》中P18 表8.1.2 要求值）后[1]，开始放电并产生电弧，造成变电站1 号主变220kV 侧B 、C 相高跨线对门型构架以及B、C 相相互之间放电（见图7）；2 号主变220kV 侧A 相高跨线对门型构架放电（见图8）；220kV Ⅰ母C相靠母联210 开关处高跨线对门型构架放电（见图9），放电位置及现象与保护动作情况相符。

同时，依据《GB/T 17623-1998 绝缘油中溶解气体组分含量的气相色谱测定法》对跳闸的1 号、2 号主变进行了油化试验，结论均为合格，可排除主变本体故障。

综上，判定220kV 母线保护，1 号、2 号主变差动保护动作正确。一次故障点定位正确，故障点在一次设备运行状态图上表示见图10。

该站建于2000 年，依照当时的技术经济水平，变电站220kV 屋外配电装置采用软母线普通中型配电装置，设计风速按30m/s 设计。根据《电力工程电气设计手册电气一次部分》和《高压配电装置设计技术规程》（DL/T 5352-2006）的要求，330kV 及以下屋外配电装置按离地10m 高、30 年一遇10min 平均最大风速设计；当地气象站数据显示，历年最大风速为19.0m/s，变电站设计风速满足现有规程要求。

图7 1号主变与2113隔离开关之间B、C相引线放电

图8(a) 2号主变与2123隔离开关之间A相引线对门型构架放电

图8(b) 2号主变与2123隔离开关之间A相引线对门型构架放电

图9(a) 2101隔离开关与220kV I母之间C相引线对门型构架放电

图9(b) 2101隔离开关与220kV I母之间C相引线对门型构架放电

根据《电力工程电气设计手册电气一次部分》中P644“双层构架引下线方式”[2]，220kV 主变进线最上层高跨经3m 长横担悬挑引下接至线路侧隔离开关，在出线构架15m 横梁位置，引下线至横梁距离满足《高压配电装置设计技术规程》（DL/T 5352-2006）中P16 表8.1.1 要求，大于1800mm。现场一次门型构架与引下线示意见图11。

图10 放电点在一次设备运行状态图上的表示

该地区受强对流天气影响，极大瞬时风速超过设计风速引起220kV 变电站高跨线相间及对门型构架放电。结合一次故障点及录波判断，保护动作行为正确。该故障原因分析和处理思路可供类似跳闸事件参考[3]。

图11 现场一次门型构架与引下线示意

针对该地区现有环境条件，开展极端天气下220kV 变电站双层引下线的防风偏专题研究[4-5]，制定并落实专项整改措施；初步提出新增支柱绝缘子，可杜绝类似事件发生（见图12）。

图12 新增支柱绝缘子后一次门型构架与引下线示意

对于使用的支柱绝缘子，要符合《标称电压高于1 000V 的交流架空线路用线路柱式复合绝缘子—定义、试验方法及接收准则》（GB/T 20142-2006）的要求，对本站220kV 的引下线按此要求选型的复合横担绝缘子FKT-220/4-2100（见图13 和14），其结构高度2 100mm，爬电距离6 300mm，额定工作电压220kV，雷电全波冲击耐受电压（峰值）1 050kV，工频一分钟湿耐受电压（有效值）410kV，既满足绝缘的要求，又满足支撑力的要求。

图13 单引下导线复合横担绝缘子FKT-220/4-2100示意

图14 双分列引下导线复合横担绝缘子FKT-220/4-2100示意