俞 斌，張 理，高 博，丁津津，汪 玉，李遠(yuǎn)松

（1.國(guó)網(wǎng)安徽省電力公司電力科學(xué)研究院，安徽 合肥 230601；2.國(guó)網(wǎng)安徽省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，安徽 合肥 230022）

一起水電站主變壓器燒毀事故的分析

俞 斌1，張 理2，高 博1，丁津津1，汪 玉1，李遠(yuǎn)松1

（1.國(guó)網(wǎng)安徽省電力公司電力科學(xué)研究院，安徽 合肥 230601；2.國(guó)網(wǎng)安徽省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，安徽 合肥 230022）

介紹了一起水電站主變壓器和開(kāi)關(guān)柜燒毀的事故。在缺乏事故資料和數(shù)據(jù)的情況下，從電網(wǎng)側(cè)變電站保護(hù)裝置的動(dòng)作數(shù)據(jù)和故障錄波報(bào)告出發(fā)，通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)起火情況查看和分析，推測(cè)了這起事故可能的誘發(fā)原因和發(fā)展過(guò)程，對(duì)水電站存在的問(wèn)題提出了可行的整改措施和預(yù)防手段，防止該類(lèi)嚴(yán)重事故再次發(fā)生。

主變壓器；燒毀；直流系統(tǒng)；水電站

0 引言

2015-03-07，某水電站中1臺(tái)110 kV變壓器和2臺(tái)6.3 kV開(kāi)關(guān)柜起火燒毀，全站保護(hù)拒動(dòng)，造成全站停電事故。因站內(nèi)未配備相應(yīng)故障錄波器，所以只能從該站對(duì)側(cè)變電站的保護(hù)動(dòng)作行為及故障錄波報(bào)告出發(fā)，運(yùn)用仿真技術(shù)模擬事故的發(fā)生經(jīng)過(guò)和保護(hù)動(dòng)作行為，分析了事故的原因和經(jīng)過(guò)。

1 事故前運(yùn)行方式

1.1 一次設(shè)備運(yùn)行方式

某水電站的一次主接線(xiàn)如圖1所示。該水電站包含5條出線(xiàn)，1號(hào)出線(xiàn)連接電網(wǎng)某變電站，2號(hào)出線(xiàn)連接該站上游另一個(gè)小水電，3，4，5號(hào)出線(xiàn)連接用戶(hù)負(fù)荷。事故前2-7號(hào)發(fā)電機(jī)組運(yùn)行，1號(hào)機(jī)組備用；小水電機(jī)組X1，X2備用，X3，X4檢修；1，2，3，5號(hào)主變運(yùn)行。

1.2 二次設(shè)備運(yùn)行方式

（1） 全站變壓器主保護(hù)為差動(dòng)和重瓦斯保護(hù)，后備保護(hù)為復(fù)合電壓過(guò)電流和過(guò)負(fù)荷保護(hù)。

（2） 發(fā)電機(jī)主保護(hù)包括差動(dòng)保護(hù)和過(guò)電壓保護(hù)，后備保護(hù)包括復(fù)合電壓過(guò)電流保護(hù)和定子過(guò)負(fù)荷保護(hù)。

（3） 電網(wǎng)側(cè)出線(xiàn)主保護(hù)為縱差保護(hù)，后備保護(hù)包括距離和零序相關(guān)保護(hù)。

所有保護(hù)均為微機(jī)保護(hù)單套配置，正常投入。

2 事故經(jīng)過(guò)

2015-03-07T20：56，3，4，5號(hào)機(jī)組聲音突然異常，控制室照明忽閃失電。因3臺(tái)機(jī)組在同一個(gè)廠(chǎng)房，不確定是所有機(jī)組還是部分機(jī)組異常。

隨后，6.3 kV母線(xiàn)8號(hào)開(kāi)關(guān)柜失火，110 kV開(kāi)關(guān)站爆炸，2號(hào)主變頂部著火。

全站立即組織實(shí)施救火及機(jī)組緊急停機(jī)措施，在3，4，5號(hào)機(jī)組停機(jī)過(guò)程中，7號(hào)機(jī)滅磁柜著火。

運(yùn)行人員將剩余的2號(hào)和6號(hào)機(jī)組停機(jī)。至此，全站停電。

22：00，8號(hào)開(kāi)關(guān)柜主要著火點(diǎn)撲滅。

2015-03-08T05：45，2號(hào)主變因未采取有效滅火措施，燃燒至自然熄滅。

3 現(xiàn)場(chǎng)檢查情況

在對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行詳細(xì)檢查后發(fā)現(xiàn)，這次事故主要起火設(shè)備為110 kV 2號(hào)主變壓器、6.3 kV 8號(hào)和10號(hào)開(kāi)關(guān)柜，如圖1中用虛線(xiàn)框標(biāo)出部分。8號(hào)和10號(hào)開(kāi)關(guān)柜同處一個(gè)開(kāi)關(guān)小室且相鄰放置。

（1） 110 kV 2號(hào)主變。2號(hào)主變燒損嚴(yán)重。其中B相高壓套管燒損情況最為嚴(yán)重，套管瓷瓶爆裂，導(dǎo)電桿及接線(xiàn)柱彎折，鋼芯鋁絞引出線(xiàn)被燒斷。C相高壓套管瓷瓶爆裂，紙絕緣外露。低壓套管全部破裂跌落，其中A相低壓套管銅導(dǎo)電桿融化濺落。

（2） 8號(hào)和10號(hào)開(kāi)關(guān)柜。8號(hào)開(kāi)關(guān)柜燒毀嚴(yán)重，內(nèi)部情況已經(jīng)難以考證?，F(xiàn)場(chǎng)檢查時(shí)，8號(hào)開(kāi)關(guān)柜殘骸已被工作人員拆除，旁邊的10號(hào)開(kāi)關(guān)柜同樣燒損嚴(yán)重。

圖1 水電站一次主接線(xiàn)

（3） 2號(hào)主變保護(hù)屏。2號(hào)主變配有差動(dòng)保護(hù)、非電量保護(hù)和后備保護(hù)。差動(dòng)保護(hù)和非電量保護(hù)均設(shè)置在主保護(hù)控制屏。現(xiàn)場(chǎng)檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)，主保護(hù)液晶屏不亮，后方控制單元有明顯放電燒黑痕跡。拆開(kāi)2號(hào)主變保護(hù)屏檢查發(fā)現(xiàn)，主保護(hù)控制板開(kāi)關(guān)量檢測(cè)端口放電燒損，端子2，5，10，15放電明顯。這些端子對(duì)應(yīng)信號(hào)關(guān)系為：端口2對(duì)應(yīng)遠(yuǎn)方操作位置，端口5對(duì)應(yīng)本體輕瓦斯，端口10對(duì)應(yīng)本體重瓦斯，端口15對(duì)應(yīng)24 V電源。同時(shí)，電源板24 V遙信電源模塊存在過(guò)流燒損現(xiàn)象。

（4） 7號(hào)機(jī)組滅磁柜。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查，發(fā)現(xiàn)7號(hào)機(jī)組滅磁柜存在起火現(xiàn)象，為勵(lì)磁回路熔斷器熔斷引燃所致。

4 保護(hù)裝置動(dòng)作情況

4.1 站內(nèi)保護(hù)裝置動(dòng)作情況分析

從事故現(xiàn)場(chǎng)情況來(lái)看，主要著火設(shè)備已經(jīng)嚴(yán)重?zé)龤?，受損設(shè)備較多，起始故障點(diǎn)無(wú)法直接找到。事故發(fā)生后，水電站內(nèi)所有保護(hù)處于失電狀態(tài)?；謴?fù)供電后，檢查主變保護(hù)屏及其他保護(hù)時(shí)發(fā)現(xiàn)，整個(gè)事故過(guò)程中二次保護(hù)均未動(dòng)作，無(wú)相關(guān)開(kāi)入開(kāi)出報(bào)警信號(hào)記錄，保護(hù)裝置均沒(méi)有保存下來(lái)的動(dòng)作報(bào)告。同時(shí)，全站未配備故障錄波裝置，變壓器保護(hù)錄波功能也未投入，因此也沒(méi)有站內(nèi)故障錄波圖。僅有站內(nèi)記錄顯示，2015-03-07T21：34：58蓄電池交流失電報(bào)警。站內(nèi)相關(guān)故障數(shù)據(jù)的缺失，進(jìn)一步增加了事故分析工作的難度。

4.2 相鄰線(xiàn)路保護(hù)動(dòng)作情況分析

由于水電站內(nèi)保護(hù)未動(dòng)作，事故發(fā)生后，與該水電站相連的1號(hào)出線(xiàn)對(duì)側(cè)某變電站線(xiàn)路后備保護(hù)動(dòng)作，將電網(wǎng)與該水電站故障點(diǎn)相隔離。

由于變電站線(xiàn)路保護(hù)裝置未對(duì)時(shí)，但故障錄波器對(duì)時(shí)準(zhǔn)確，以下分析采用故障錄波器起動(dòng)時(shí)間作為絕對(duì)時(shí)間，并將保護(hù)動(dòng)作時(shí)間進(jìn)行修正。因此，以變電站故障錄波器第1次起動(dòng)的時(shí)間，即2015-03-07T20：59：00：792為保護(hù)啟動(dòng)的時(shí)刻。

（1） 0 ms。線(xiàn)路B，C兩相電壓部分降低，相位基本一致，且無(wú)零序電壓3U0；線(xiàn)路B，C兩相電流相位基本相反，同時(shí)無(wú)零序電流3I0。從上述電氣量變化特征可以看出，這個(gè)時(shí)間段內(nèi)1號(hào)出線(xiàn)發(fā)生了B，C兩相相間短路故障。

（2） 304 ms。線(xiàn)路保護(hù)相間距離II段出口，于343 ms跳開(kāi)線(xiàn)路開(kāi)關(guān)。

（3） 4 600 ms。線(xiàn)路保護(hù)重合閘出口，于5 571 ms開(kāi)關(guān)合上。

（4） 5 630 ms。相間距離II段保護(hù)出口，從錄波圖上表明，1號(hào)出線(xiàn)的故障已經(jīng)轉(zhuǎn)換為AB相相間短路故障。

至此，電網(wǎng)側(cè)切除了該水電站內(nèi)故障點(diǎn)。

5 故障關(guān)鍵點(diǎn)分析

本次水電站事故后果極為嚴(yán)重，但是缺乏事故發(fā)生的相關(guān)數(shù)據(jù)，事故原因較難分析。在查看現(xiàn)場(chǎng)情況的基礎(chǔ)上，通過(guò)推測(cè)與仿真分析互相印證，對(duì)事故情況做出以下推斷。

5.1 事故起始點(diǎn)的判斷

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)燒毀情況來(lái)看，事故起始點(diǎn)有以下2種可能。

（1） 事故首先發(fā)生在主變高壓側(cè)。由相鄰變電站錄波圖可以看出，事故初期為B，C兩相相間短路，但水電站主變保護(hù)未動(dòng)作，由相鄰線(xiàn)路后備保護(hù)動(dòng)作。而故障電流一直存在，從而導(dǎo)致10號(hào)開(kāi)關(guān)柜起火，進(jìn)而引燃與其相鄰的8號(hào)開(kāi)關(guān)柜。

（2） 事故首先發(fā)生在主變低壓側(cè)10號(hào)開(kāi)關(guān)柜或8號(hào)開(kāi)關(guān)柜。假設(shè)低壓側(cè)首先發(fā)生單相接地故障，由于低壓側(cè)為非接地系統(tǒng)，故障相中的電流僅是對(duì)地電容電流，而非故障相對(duì)地電壓升為原來(lái)的3倍，單相接地故障不足以引起保護(hù)裝置動(dòng)作。若發(fā)展為低壓側(cè)兩相短路故障，但如低壓側(cè)發(fā)生兩相短路，其故障波形與電網(wǎng)側(cè)故障錄波器的波形不符。

根據(jù)以上分析，判斷事故起始點(diǎn)應(yīng)該在高壓側(cè)，即第1種情況。也就是高壓側(cè)首先發(fā)生BC相間短路，相鄰線(xiàn)路后備保護(hù)動(dòng)作并重合后，事故發(fā)展為AB相間短路。

5.2 水電站內(nèi)保護(hù)裝置拒動(dòng)原因

在主變高壓側(cè)發(fā)生BC相間短路后，主變主、后備保護(hù)，以及發(fā)電機(jī)主、后備保護(hù)均未動(dòng)作，且恢復(fù)供電后水電站內(nèi)保護(hù)裝置相關(guān)變位報(bào)告等也都沒(méi)有記錄。由電網(wǎng)側(cè)變電站線(xiàn)路保護(hù)動(dòng)作及重合時(shí)間可知，整個(gè)事故持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，且水電站內(nèi)所有保護(hù)均未動(dòng)作。出現(xiàn)這種情況的唯一可能性就是事故發(fā)生時(shí)，所有保護(hù)裝置已經(jīng)處于失電狀態(tài)，無(wú)法對(duì)故障做出反應(yīng)。

系統(tǒng)直流屏交流失電報(bào)警時(shí)間為當(dāng)晚21：34：58，即故障后約0.5 h，與最后人工切除站內(nèi)交流電源時(shí)間較為吻合，且事后排查時(shí)并未發(fā)現(xiàn)直流空開(kāi)跳閘。結(jié)合主變保護(hù)控制板開(kāi)關(guān)量檢測(cè)端口和電源板24 V遙信電源模塊燒損現(xiàn)象，推斷事故發(fā)生后，交流高壓串入直流系統(tǒng)，造成直流短路。由于蓄電池及直流線(xiàn)路老化，造成內(nèi)部壓降過(guò)大，到達(dá)保護(hù)裝置的端電壓過(guò)度降低，全站保護(hù)失電，所有保護(hù)均無(wú)法動(dòng)作，開(kāi)關(guān)未成功分閘，只能依靠相鄰線(xiàn)路保護(hù)動(dòng)作，這與事故后發(fā)現(xiàn)蓄電池電壓明顯過(guò)低相符。

與電網(wǎng)隔離后，所有機(jī)組尚未停機(jī)，6，7號(hào)機(jī)組仍通過(guò)110 kV母線(xiàn)向2號(hào)主變流入短路電流。由于該變壓器運(yùn)行時(shí)間已久，老化嚴(yán)重，在大電流作用下產(chǎn)生高溫，高壓套管爆裂，使變壓器油暴露在空氣中，引發(fā)變壓器失火，導(dǎo)致故障進(jìn)一步擴(kuò)展到主變低壓側(cè)。3，4，5號(hào)機(jī)組通過(guò)6.3 kV母線(xiàn)繼續(xù)向低壓側(cè)故障點(diǎn)流入短路電流，在大電流作用下，10號(hào)開(kāi)關(guān)柜起火燒毀，進(jìn)而引燃相鄰的8號(hào)開(kāi)關(guān)柜。

5.3 事故發(fā)展過(guò)程推斷

依據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)資料、事故后現(xiàn)場(chǎng)情況及上述分析，對(duì)故障發(fā)展過(guò)程推斷如下。

（1） 主變運(yùn)行年限較長(zhǎng)，老化嚴(yán)重，在負(fù)荷較大時(shí)發(fā)生高壓側(cè)BC相間短路。

（2） 事故發(fā)生后，高壓交流串入直流回路，導(dǎo)致直流系統(tǒng)短路，全站直流電壓過(guò)低，進(jìn)而全站保護(hù)失電。

（3） 主變差動(dòng)、主變復(fù)壓過(guò)流和發(fā)電機(jī)復(fù)壓過(guò)流保護(hù)本應(yīng)動(dòng)作，但均由于保護(hù)裝置失電而未能正常啟動(dòng)，故障無(wú)法切除。

（4） 由于站內(nèi)保護(hù)裝置無(wú)法切除故障，由電網(wǎng)側(cè)變電站線(xiàn)路保護(hù)裝置BC相間距離保護(hù)II段動(dòng)作。隨后重合于AB相間短路，電網(wǎng)側(cè)變電站線(xiàn)路保護(hù)裝置AB相間距離保護(hù)II段動(dòng)作，永久跳閘。至此，全站脫網(wǎng)運(yùn)行。

（5） 6，7號(hào)機(jī)組繼續(xù)通過(guò)110 kV母線(xiàn)向2號(hào)主變流入短路電流，故障進(jìn)一步擴(kuò)展到主變低壓側(cè)，3，4，5號(hào)機(jī)組通過(guò)6.3 kV母線(xiàn)繼續(xù)向低壓側(cè)故障點(diǎn)流入短路電流。在大電流作用下，10號(hào)開(kāi)關(guān)柜起火燒毀，進(jìn)而引燃相鄰的8號(hào)開(kāi)關(guān)柜。

6 主要問(wèn)題和整改措施

此事故暴露出該水電站在設(shè)備維護(hù)、裝置配備等方面存在諸多問(wèn)題，對(duì)此提出以下幾點(diǎn)整改措施。

6.1 加強(qiáng)設(shè)備試驗(yàn)管理

檢查2號(hào)主變歷史試驗(yàn)情況發(fā)現(xiàn)，主要存在以下幾點(diǎn)不足：

（1） 試驗(yàn)記錄簡(jiǎn)單且未形成專(zhuān)業(yè)報(bào)告；

（2） 試驗(yàn)項(xiàng)目不全，主變套管末屏絕緣試驗(yàn)、油化試驗(yàn)未開(kāi)展；

（3） 試驗(yàn)結(jié)果異常，高壓套管介損值相間、歷史數(shù)據(jù)間均存在較大差異；

（4） 繼電保護(hù)測(cè)試儀等檢測(cè)儀器也多年未檢驗(yàn)，儀器準(zhǔn)確度和相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果存在不確定性。

對(duì)于運(yùn)行年限較長(zhǎng)、老化嚴(yán)重的主變，應(yīng)該按照規(guī)程加強(qiáng)檢修試驗(yàn)工作；對(duì)無(wú)法繼續(xù)運(yùn)行的設(shè)備及時(shí)進(jìn)行更新、改造；對(duì)檢驗(yàn)周期超期的儀器和設(shè)備及時(shí)送檢。

6.2 配備故障錄波裝置

水電站未配備故障錄波裝置，主變保護(hù)錄波功能也未投入。即使在直流電源正常的情況下，也無(wú)法獲得故障時(shí)的錄波圖形。

應(yīng)配備相應(yīng)的故障錄波裝置，便于充分了解事故時(shí)刻的系統(tǒng)狀態(tài)，為找出事故原因和事故分析提供依據(jù)。

6.3 加強(qiáng)保護(hù)裝置、時(shí)鐘以及備用電源配置與管理

主變保護(hù)裝置等端子排多處線(xiàn)頭裸露，且站內(nèi)所有保護(hù)及其他裝置均未對(duì)時(shí)，保護(hù)裝置采用單一電源供電，這都給保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行帶來(lái)極大風(fēng)險(xiǎn)。

應(yīng)該規(guī)范對(duì)保護(hù)裝置的布置與管理維護(hù)，提高保護(hù)的可靠性。

6.4 及時(shí)更換、改造老舊設(shè)備和線(xiàn)路

部分設(shè)備和二次回路投入時(shí)間早，運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，設(shè)備老化現(xiàn)象較為嚴(yán)重，應(yīng)該根據(jù)有關(guān)規(guī)程對(duì)設(shè)備進(jìn)行及時(shí)更新、改造。

7 結(jié)束語(yǔ)

此次事故是由于站內(nèi)保護(hù)拒動(dòng)，引起主變等設(shè)備燒毀的，雖較為少見(jiàn)，但后果極為嚴(yán)重。事故的深層次原因?yàn)樵O(shè)備陳舊、維護(hù)試驗(yàn)不規(guī)范等，因此工作中應(yīng)及時(shí)對(duì)陳舊設(shè)備進(jìn)行更新、改造，重視設(shè)備日常管理維護(hù)，加強(qiáng)運(yùn)行檢修人員技能培訓(xùn)。將事故隱患消滅在萌芽狀態(tài)，保障電站安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2016-03-16。

俞 斌（1986-），男，工程師，主要從事電力系統(tǒng)繼電保護(hù)與自動(dòng)化工作，email：ee.yubin@foxmail.com。

張 理（1989-），女，工程師，主要從事電力系統(tǒng)可靠性、規(guī)劃工作。

高 博（1981-），男，高級(jí)工程師，主要從事電力系統(tǒng)繼電保護(hù)與自動(dòng)化工作。

丁津津（1985-），男，工程師，主要從事電力系統(tǒng)繼電保護(hù)與自動(dòng)化工作。

汪 玉（1987-），男，工程師，主要從事電力系統(tǒng)繼電保護(hù)與自動(dòng)化工作。

李遠(yuǎn)松（1987-），男，工程師，主要從事電力系統(tǒng)繼電保護(hù)與自動(dòng)化工作。