01

概述

XX年X月X日19時(shí)許，110kV某變電站區(qū)域持續(xù)降雨雷暴天氣，據(jù)當(dāng)?shù)厝撕途€路維護(hù)站職工反映，故障發(fā)生時(shí)，雷聲不斷，云頭很低，落雷密度很大。19時(shí)17分左右，突降雷暴，10kV53、14、15線路在距變電站不到100m處斷線，線路瓷瓶炸裂，隨即引發(fā)變電站設(shè)備損毀事故，造成2臺(tái)主變損壞、1#主變35kV側(cè)刀閘及開(kāi)關(guān)損壞、10kVI段母線的開(kāi)關(guān)柜燒損。事故后經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，作出如下分析及防范措施建議。 

02

變電站接線示意圖

110kV04開(kāi)關(guān)運(yùn)行，1＃、2＃變并列運(yùn)行，帶35kVⅠ、Ⅱ段負(fù)荷。2＃變10kV側(cè)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，僅由1＃主變帶10kVⅠ、Ⅱ段負(fù)荷，10kV分段開(kāi)關(guān)10在合閘位置。 

當(dāng)時(shí)運(yùn)行方式安排為2臺(tái)主變110kV側(cè)中性點(diǎn)不接地，35kV側(cè)中性點(diǎn)不接地。

03

運(yùn)行記錄及開(kāi)關(guān)跳閘記錄

19:11    10kV 13開(kāi)關(guān)速斷動(dòng)作，重合成功；

19:17   10kV母線分段開(kāi)關(guān)10開(kāi)關(guān)跳閘，發(fā)＃變后備保護(hù)10KV過(guò)流保護(hù)動(dòng)作信號(hào)；

19:21    站值守人員電話反映站內(nèi)10KV高壓室起火， 1＃主變起火；

19:25    110kV上級(jí)開(kāi)關(guān)跳閘。

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設(shè)備受損情況

1）110KV：1＃主變外殼燒損嚴(yán)重，2＃主變內(nèi)部繞組損傷，變壓器油呈黑色，中低壓繞組開(kāi)路（見(jiàn)附錄1、附錄2）。

2）35KV：31開(kāi)關(guān)燒損，316刀閘三相僅剩下底座（見(jiàn)附件3），311刀閘A相僅剩底座，35KVI段母線A、C相瓷瓶炸損，B相瓷瓶破碎導(dǎo)線脫落。

3）10KV：10KVI段母線所有開(kāi)關(guān)柜及連接設(shè)備均燒損，53開(kāi)關(guān)柜內(nèi)CT被炸成碎片，14、15出線同桿架設(shè)處絕緣線斷線，瓷瓶損傷， 53出線0－1＃桿斷線，5、6＃桿三相瓷瓶炸裂。

4）1＃變附近電纜溝電纜燒損嚴(yán)重， 1＃主變至10KV高壓室出線電纜燒毀。

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事故后現(xiàn)場(chǎng)檢查及各方面調(diào)查情況

1）地網(wǎng)及避雷針： 

該站地網(wǎng)2005年9月測(cè)量值為0.308Ω, 按照投運(yùn)后應(yīng)小于0.7Ω算,接地電阻合格。事故后復(fù)測(cè)值為0.31Ω.地網(wǎng)經(jīng)開(kāi)挖2處檢查，有部分生銹，但無(wú)嚴(yán)重腐蝕。地網(wǎng)和接地引下線均為φ12mm圓鋼（少數(shù)為φ14mm圓鋼）。事故后復(fù)核了避雷針的直擊雷保護(hù)范圍，結(jié)論為合格。

2）35kV出線：

35kV出線的1.5km架空線進(jìn)線段設(shè)有雙避雷線。4條出線經(jīng)巡查未見(jiàn)雷擊現(xiàn)象。站內(nèi)35kV出線間隔電氣設(shè)備均正常，現(xiàn)已恢復(fù)送電。

3）主變檢查：

1＃變油化驗(yàn)色譜分析數(shù)據(jù)顯示有過(guò)熱，但無(wú)乙炔。因中低壓側(cè)套管已損壞，未進(jìn)行電氣試驗(yàn)檢查。

2＃變油已呈深褐色，油樣數(shù)據(jù)嚴(yán)重超標(biāo)，顯示有內(nèi)部電弧放電。2＃變高壓側(cè)直流電阻合格，但是中、低壓側(cè)有開(kāi)路現(xiàn)象。

4）避雷器及動(dòng)作記錄檢查：

110kV和35kV母線避雷器外觀正常。35kVII段母線互32避雷器已臨時(shí)恢復(fù)送電，110kV母線避雷器和35kV I段母線互31避雷器事故后電氣試驗(yàn)結(jié)果合格。據(jù)集控中心操巡隊(duì)7月5日記錄與事故后避雷器計(jì)數(shù)器的動(dòng)作次數(shù)比對(duì)，在此期間互31避雷器A相動(dòng)作2次、B相動(dòng)作1次。

5)母線短路電流計(jì)算值：

據(jù)調(diào)度提供的2008年該變電站母線三相短路電流計(jì)算值：110kV ：3.05kA, 35kV ：3.5kA, 10kV ：8.3kA（二相短路電流小于上述值）。

6）雷電定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)：

據(jù)查詢雷電定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)，因該站未經(jīng)GPS時(shí)鐘校準(zhǔn)，將查詢時(shí)段定為19：15－19：22,查詢范圍2km, 查詢結(jié)果是在此時(shí)段內(nèi)站附近對(duì)地落雷30個(gè)，雷電流最大128kA，最小16kA。

7）35、10kV系統(tǒng)的對(duì)地電容電流

該站35、10kV系統(tǒng)事故時(shí)為不接地系統(tǒng)，對(duì)地電容電流未測(cè)量過(guò)。主變35kV側(cè)中性點(diǎn)的消弧線圈因認(rèn)為線路不長(zhǎng)、估計(jì)電容電流為6A，未超過(guò)規(guī)定的10A，長(zhǎng)期未投運(yùn)。

06

故障經(jīng)過(guò)分析

19時(shí)17分，10kV53線路在變電站近區(qū)遭雷擊，絕緣外皮的架空線雷擊斷線造成線路弧光過(guò)電壓，過(guò)電壓沿線路侵入53開(kāi)關(guān)，導(dǎo)致柜中CT被擊穿發(fā)生爆炸，使53開(kāi)關(guān)保護(hù)動(dòng)作掉牌，但開(kāi)關(guān)未能跳閘。由于故障電流的存在1＃主變低壓側(cè)后備保護(hù)動(dòng)作，延時(shí)1秒跳開(kāi)10kV分段開(kāi)關(guān)10將10kVI、II段母線隔離，避免了II段母線設(shè)備損毀。

緊接著，10kVI段14、15線路因與10kV53線路相同原因造成CT爆炸。根據(jù)低壓側(cè)后備保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間及現(xiàn)場(chǎng)損壞情況分析，低壓側(cè)過(guò)流保護(hù)1秒跳分段，1.3秒跳11，在1.3秒前分段開(kāi)關(guān)10跳同時(shí)，由于CT的爆炸造成直流短路。10kV直流保護(hù)電源空開(kāi)被跳開(kāi)。（根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況，該站直流的配置情況是10kV的直流控制電源與保護(hù)電源共用一路直流電源，并經(jīng)由一個(gè)空開(kāi)控制。35kV、110kV直流控制電源與保護(hù)電源公用一路直流電源也經(jīng)由一個(gè)空開(kāi)控制。也就是說(shuō)，只要有10kV或35kV戶外直流電源瞬時(shí)短路，就會(huì)造成10kV保護(hù)或35kV保護(hù)失去直流工作電源，屬設(shè)計(jì)不合理。事故中10kV、35kV、110kV直流空開(kāi)已跳開(kāi)。）

造成1＃主變低壓側(cè)過(guò)流保護(hù)直流工作電源消失而返回。11主變低壓開(kāi)關(guān)無(wú)法跳開(kāi)。因短路點(diǎn)不能切除，造成14、15開(kāi)關(guān)柜持續(xù)放電，使CT爆炸后形成的金屬蒸氣彌漫至整個(gè)高壓室，造成I段母線及所連開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部多處相間及對(duì)地短路，出現(xiàn)連鎖起火，部分控制電纜燒毀。引發(fā)直流系統(tǒng)多點(diǎn)接地，直流母線電壓急劇下降，導(dǎo)致站內(nèi)所有保護(hù)及控制回路失效。同時(shí)，因1＃主變10kV側(cè)短路持續(xù)，導(dǎo)致了1＃主變低壓側(cè)出口至10kV室的電纜燒斷。

在10kV開(kāi)關(guān)柜爆炸的同時(shí)，室外1#主變35kV側(cè)31開(kāi)關(guān)區(qū)域遭直擊雷，強(qiáng)大雷電流導(dǎo)致316、311刀閘粉碎性爆炸，B相母線瓷瓶炸裂，刀閘碎片將1#主變散熱器擊穿數(shù)十處，變壓器油沿?fù)舸┛淄鈬?。雷擊同時(shí)造成35kV母線A、B兩相同時(shí)經(jīng)構(gòu)架接地體發(fā)生接地，導(dǎo)致A、B兩相經(jīng)構(gòu)架接地體短路；母線構(gòu)架及311刀閘構(gòu)架接地引下線承受強(qiáng)大短路電流后，在電桿根部燒斷，同時(shí)引發(fā)接地體在熔斷處電弧放電，電弧引燃泄漏出的變壓器油，致使1#主變散熱器起火燃燒。

大火將1＃主變35kV、10kV引線燒斷，使1＃主變中低壓側(cè)與故障隔離。在一次設(shè)備遭受雷擊同時(shí)，31開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)箱、端子箱也被摧毀，造成35kV、110kV直流空開(kāi)跳閘，全站保護(hù)直流電源無(wú)工作電源。由于直流保護(hù)電源的中斷，在后續(xù)的故障擴(kuò)大轉(zhuǎn)換的過(guò)程中，包括差動(dòng)保護(hù)、瓦斯保護(hù)、110kV側(cè)的后備保護(hù)均無(wú)法動(dòng)作切除故障。

35kV母線短路后短路電流造成B相母線瓷瓶連接處鐵附件熔斷，導(dǎo)線脫落搭接在31開(kāi)關(guān)與35KV母線引下線上，導(dǎo)致35KV母線三相完全短路。當(dāng)時(shí)，1#、2#變35kV側(cè)并列運(yùn)行，由于1#主變35kV側(cè)因316刀閘粉碎性炸裂使主變與35KV母線斷開(kāi)，使1#主變35kV側(cè)避免了短路電流沖擊，但2#變35kV出口處因持續(xù)短路，造成2#變內(nèi)部繞組嚴(yán)重受損，絕緣油變色發(fā)黑。

在站內(nèi)發(fā)生故障期間，該站110kV進(jìn)線近區(qū)因雷擊A相接地，19：21該線路首端線路保護(hù)接地距離二段動(dòng)作，開(kāi)關(guān)跳閘并重合成功。

根據(jù)保護(hù)整定原則，該線路保護(hù)范圍不包括1＃、2＃主變中、低壓側(cè)。開(kāi)關(guān)重合后，因中低壓故障未切除，造成首端線路開(kāi)關(guān)過(guò)負(fù)荷動(dòng)作。經(jīng)4分鐘后，19：25,110kV線路再次發(fā)生單相接地故障而動(dòng)作跳閘，跳閘后未重合（因過(guò)負(fù)荷閉鎖重合閘），至此，該站全站失壓，故障切除。事故后，站內(nèi)保護(hù)經(jīng)檢驗(yàn)定值正確，整組試驗(yàn)動(dòng)作正確。

07

事故原因分析

遭遇多次、多處雷擊是造成此次事故的主要原因。雷電定位系統(tǒng)的數(shù)據(jù)也顯示有多次落雷。

10kV的3條線路在變電站出口處先后遭遇雷擊，GG1A開(kāi)關(guān)柜設(shè)備陳舊，CT的絕緣薄弱發(fā)生爆炸，使線路保護(hù)失效。因開(kāi)關(guān)柜不是封閉式，一臺(tái)開(kāi)關(guān)爆炸就迅速波及至整個(gè)母線隔室。

關(guān)于1＃主變35kV側(cè)區(qū)域的直擊雷，4個(gè)獨(dú)立避雷針位于站的4個(gè)角（有一個(gè)在圍墻外），雖經(jīng)校核保護(hù)范圍合格，但1＃主變的35kV側(cè)區(qū)域處于正中的“鍋底區(qū)”，被保護(hù)的裕度最小。35kV線路及站內(nèi)出線間隔的設(shè)備均完好，無(wú)證據(jù)說(shuō)明是沿線路進(jìn)波。1＃主變的35kV側(cè)316刀閘支柱瓷瓶和金屬件粉碎、僅余底座，水泥構(gòu)架支柱損壞嚴(yán)重，但是35kV母線的三相短路電流僅3.5kA,不至于造成如此嚴(yán)重的后果。因此認(rèn)為此處是直擊雷。

從繼電保護(hù)保護(hù)動(dòng)作情況可見(jiàn)，造成本次事故擴(kuò)大的主要原因是電源設(shè)計(jì)配置不合理。由于老站設(shè)計(jì)上的缺陷，控制電源與保護(hù)電源未分開(kāi)，某一控制電源在事故中瞬時(shí)短路，將造成保護(hù)電源中斷而使保護(hù)無(wú)法工作。

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存在的問(wèn)題

（1）由于該站為1976年建站，雖經(jīng)多次改造，但防雷設(shè)施未經(jīng)大的改造，站內(nèi)整體防雷水平偏低，存在防雷薄弱點(diǎn)。

（2）電纜溝內(nèi)強(qiáng)、弱電纜混合敷設(shè)。

（3）控制電源與保護(hù)電源未分開(kāi)設(shè)置。

（4）10KV開(kāi)關(guān)柜為GG1A式開(kāi)關(guān)柜，一旦著火，極易殃及相鄰間隔。

（5）事故發(fā)生時(shí)，運(yùn)行人員應(yīng)急處理不及時(shí)。

09

防范措施

（1）提高該站防雷水平。在110kV、35kV母線構(gòu)架上增設(shè)避雷針，將構(gòu)架φ12接地體更換為60*6扁鋼。

（2）更換10kV開(kāi)關(guān)柜為封閉性開(kāi)關(guān)柜,柜內(nèi)CT選用高質(zhì)量CT。

（3）將變壓器三側(cè)電源分開(kāi)，并將各側(cè)控制電源與保護(hù)電源分開(kāi)設(shè)置。

（4）電纜敷設(shè)時(shí)嚴(yán)格隔離強(qiáng)電、弱電電纜。

（5）10kV主變出口避雷器增設(shè)計(jì)數(shù)器。

（6）測(cè)量35kV和10kV系統(tǒng)的對(duì)地電容電流，如超標(biāo)應(yīng)投入、安裝消弧線圈。

（7）加強(qiáng)運(yùn)行人員的業(yè)務(wù)培訓(xùn)，開(kāi)展有針對(duì)性反事故演練，提高應(yīng)急處理能力。