变压器烧毁事故的分析

对变压器中性点直接接地装置烧毁事故的分析

唐海军

ANALYSIS OF BURN-OUT ACCIDENT OCCURRING AT DIRECT NEUTRAL GROUNDING DEVICE OF TRANSFORMER

TANG Hai-jun

（Changde Electric Power Bureau，Changde 415001，Hunan Province，China）

摘要：通过调查两起变压器中性点接地装置烧断、烧毁事故，从设计选型角度入手，采用电力系统短路故障计算方法，并结合继电保护配置及整定值，对故障现象及可能造成的保护误动和拒动以及供电可靠性进行了分析，建议采取用微机保护缩短故障切除时间、及时进行设备热稳定校验等措施。

关键词：变压器；中性点接地；接地装置烧毁；继电保护；电力系统

1 引言

近年来随着电力系统的发展，电网结构越来越复杂，规模也越来越庞大，发生复杂故障的机率逐渐增长，系统短路水平不断抬高，原有设备的抗故障能力却相对下降，很有必要对其进行计算校核；新投运设备的设计和选型计算俞显重要。对于大电流接地系统，由于变压器中性点经接地装置直接接地（如图1所示），变压器中性点的接地数目和分布决定了整个系统的零序电流分布和大小，中性点接地的好坏对电网的运行和系统稳定有着举足轻重的作用。笔者从对大量运行变压器的中性点引线、接地刀闸的调查了解到：这些接地装置大部分在设计选型时采用了估算值、经验值，并没有进行深入细致的计算；投入运行后，由于该回路正常没有电流流过，存在的隐患常常不易被发现，也往往不被运行和检修人员重视，对于腐蚀、锈蚀、压接不紧等情况也未及时进行处理，使得系统故障时经常有引线烧断、刀闸触头烧坏、连接软铜线（刀闸辨子线）烧断、连接接头处发热、发红等现象。本文通过调查两起变压器中性点接地装置烧断、烧毁事故，从设计选型角度入手，采用电力系统短路故障计算方法，并结合继电保护配置及整定值，对故障现象及可能造成的保护误动和拒动以及供电可靠性进行了分析。

图1变压器中性点接线

2 两次中性点接地装置烧断、烧毁事故情况

（1）铁山变电站。2001年8月28日9:10，雷雨天气，发现某市的铁山变电站的2号主变110kV 中性点引线（见图2）、5⨯26刀闸连接软铜线烧断。经检查发现110kV系统中其它地方有接地故障。由于该变电站只有一台主变，只得强迫停运，随后启用“特殊运行方式”，并对用户造成了100MW的送电损失。处理办法是更换同样规格的引线（LJ-120）和软铜线。

（2）德山变电站。2004年6月27日15:28，雷雨大风天气，发现某市的德山变电站的1号主变110kV侧5⨯16刀闸接线夹内铝导线（LJ-120）起弧烧坏（见图3），刀闸动触头烧坏（见图4），经检查铝导线靠线夹处有锈蚀情况；110kV系统德东线、德乾线、德永线均有接地故障，其系统接线如图5所示。随后被迫改变运行方式，1号主变停运，2号主变运行。

图2 烧坏的导线

图3 烧坏的线夹

图4 烧坏的刀闸触头

图5 大电流接地系统

3 选型计算方案

在有效接地系统中电气设备接地线截面应按接地短路电流进行热稳定校验，具体原则如下[1]：钢接地线的短时温度不应超过400℃，铜接地线不应超过450℃，铝接地线不应超过300℃。根据热稳定条件，未考虑腐蚀时接地线的最小截面应符合如下要求：

g S ≥ (1)

式中 S g 为接地线的最小截面，mm 2；I g 为流过接地线的短路电流稳定值，A ；t e 为短路的等效持续时间，s ；c 为接地线材料的热稳定系数，根据材料的种类性能及最高允许温度和短路前接地线的初始温度（一般取40℃）确定（如表1所示）。

表1 接地线热稳定校验用的I g 、t e 和c 值

系统接地方式 I g

t e

c 钢 铝 铜

有效接地

单（两）相接地短路电流 见①和② 70 120 210

注：①发电厂、变电所的继电保护装置如配置了两套速动主保护、近接地后备保护、断路器失灵保护和自动重合闸，则按e m f 0t t t t ≥++取值。其中， t m 为主保护动作时间，s ；t f 为断路器失灵保护动作时间，s ；t 0为断路器开断时间，s 。②如配置了一套速动主保护、近或远（或远近结合的）后备保护和自动重合闸，有或无断路器失灵保护，则按

e 0g t t t ≥+取值。其中，t g 为第一级后备保护的动作时间，s 。

110kV 中性点接地刀闸德山变5⨯16、铁山变5⨯26均为GW8型，额定电流为600A ，额定短时耐受电流（额定热稳定电流，i k ）25kA ，额定短路持续时间（额定热稳定时间，t k ）标准值为2s （IEC60694的标准值为1 s ，推荐值为0.5 s 、2 s 、3 s ）。中性点接地线型号均为LJ-120。

对于110kV 线路接地故障保护均配置有零序І段（A O І）、零序ІІ段（A O ІІ）、零序Ш段（A O Ш），主变110kV 侧配有零序І段（t 1、t 2），零序ІІ段（t 1、t 2）。参照文献[2]短路故障计算的数据和查得的有关调度定值数据如表2所示。

表2 实际系统中I g 、t g

变电站 I d /A 保护动作时间/s

德山变 9002 主变110kV A O І：t 1=2.5；t 2=3 东郊变 5316 德东线：A O ІІ 1；A O Ш 2 永丰变 6833 德丰线：A O ІІ 2；A O Ш 2.5 乾明变 7672 德乾线：A O ІІ 1.5；A O Ш 2.5 铁山变 9100 主变110kV A O І：t 1=2.5；t 2=3 西郊变 5460 铁西线：A O ІІ 1.5；A O Ш 2 浦沅变

7172

铁浦І：A O ІІ 1.5；A O Ш 2

注：I d 为110kV 母线接地短路最大短路电流。

德山变110kV 母线接地短路时I g =9002A ，c =120，由于110kV 系统一般不配置断路器失灵保护，t e =2.5+0.2s ，则有

2g 9002

123.3mm 120

S =

（t g =t 1=2.5s ） 考虑最严重情况时主变110kV 零序І段t 1时限保护开关拒动、t 2时限切除故障时，即t e =3+0.2s ，此时有

2g 9002134.2mm 120

S =

铁山变110kV 母线接地短路时I g =9100A ，t e =2.5+0.2s ，有