66 kV所用变绝缘击穿事故分析与防范措施

王 翼,刘志同,赵 强,宋沅林,胡煜天

(1.国网抚顺供电公司，辽宁 抚顺 113008; 2.国网沈阳供电公司，辽宁 沈阳 110100)

66 kV所用变绝缘击穿事故分析与防范措施

王 翼1,刘志同2,赵 强1,宋沅林1,胡煜天1

(1.国网抚顺供电公司，辽宁 抚顺 113008; 2.国网沈阳供电公司，辽宁 沈阳 110100)

对一起66 kV所用变压器(以下简称所用变)绝缘击穿事故进行分析，当雷电波沿线路到达处于断开的开关时，雷电波将发生2倍的全反射，使雷电过电压升高2倍，使开关或与开关邻近的设备对地击穿放电。该所用变安装在避雷器与所用变之间，所用变将承受2倍避雷器残压的作用，结合实际经验提出了采用避雷器进行“零”距离保护的防范措施。

变压器；绝缘；波反射；避雷器

1 热备用线路保护的重要性概述

为了运行可靠性的需要，电力系统中的一些变电所往往有线路处于“热备用”状态，即开关断开，而刀闸则处于合闸状态，一旦运行需要，开关合闸，线路马上可以带电运行，这种方式在高度自动化的变电所来说非常常见。但是，一旦热备用或临时停电的线路遭受雷击，雷电波就会沿线路传入。当雷电波到达处于热备用的开关时，侵入波将发生2倍雷电波的全反射，使雷电过电压升高2倍，使开关或与开关邻近的设备对地击穿放电。

对此，应该完善对处于“热备用”状态的开关的保护工作。对于变电站内的电气设备，避雷针主要是防止直击雷，而线路侵入波过电压则主要靠避雷器进行保护。除母线安装避雷器外，还应在每条线路的人口侧加装避雷器保护，确保变电站内的所有电气设备在任何雷电侵入波过电压下都在避雷器的保护范围内。有的处于热备用的线路，即使在开关前段安装了避雷器保护，但线路所连接的所用变还是在一次雷电过电压下损坏。因此，有必要研究所用变损坏的原因以及制定相应的防范措施。

2 事故概况

某66 kV线路与某220 kV线路为同杆架设，66 kV线路处于热备用状态，带1台运行的66 kV外所用变。66 kV线路为220 kV线路降压到66 kV运行，全长39.852 km，导线LGJ-300/40，布置在杆塔的左侧，上方装设GJ-50避雷线，保护角5°。220 kV线路导线型号LGJ-300/40，全长39.852 km，布置在杆塔的右侧，上方装设OPGW避雷线，保护角5°。避雷器与开关之间的线路长度为97 m，所用变与避雷器之间的线路长度为68 m(见图1)。

图1 66 kV线路及相关设备接线

3 事故分析

66 kV线路走廊大部分在树林茂密的山区，由于地下矿产、地理环境的影响，该线路每年都发生雷击跳闸事故，属于重雷区。

2014年4月27日，天气雷阵雨，偏北风5～6级，在15时30分至16时40分期间，线路走廊附近反复遭受雷击，从雷电定位系统上可以看出在16时17分左右，线路21#杆附近落雷(雷电流-244.6 kA),从放电计数器上可以看出此时66 kV线路避雷器B、C两相同时动作，16时18分左右，A、C两相高压熔丝崩毁，66 kV外所用变喷油跳闸。表1为220 kV线路雷电定位系统部分信息，图2为雷电定位系统示意图。

表1 雷电监测信息查询结果报表

3.1 事故性质判定

从事故现象看应当是两条线路遭受了绕击雷，且幅值较大，因为66 kV线路有二相避雷器的计数器动作。对事故的外所用变取油样进行油色谱分析，色谱数据如表2所示。

对事故的采油样进行油色谱分析，从表2油色谱的数据可以看出，C2H2=5 039 μL/L，C1+C2=8 787 μL/L，说明该所用变内部已经发生高能量击穿放电，无法再继续送电运行。

3.2 事故原因分析

66 kV线路外所用变压器的型号为S7-630/66，线路避雷器型号为HY10WZ2-96/232S，U1电压为140 kV，残压232 kV。图3为雷电波在设备中的传播过程。

1为清源满族自治县；2为新宾满族自治县；3为杆塔编号；4为线路走廊

图2 雷电定位系统

表2 66 kV所用变事故后油色谱数据 μL·L-1

含量H2COCO2CH4C2H6C2H4C2H2C1+C22014.4.17(雷击前)8619761.31.130.6903.122014.4.27(雷击后)06751357898.02209.282640.625039.268787.18

图3 雷电波发生全反射的原理

图中，Uo为雷电侵入波；Uca为避雷器动作后的残压，232 kV；Ut为避雷器残压经过所用变高压侧得到的过电压(Ut>Uca)。

因雷电侵入波过电压较高，避雷器动作，残压Uca=232 kV，当该残压从避雷器经过所用变到达热备用的开关时残压会有所升高。这是因为雷电波的作用时间是1.2/50 us，频率特别大，所以这段导线显感性，经过这段导线之后电压就会略有升高，到达开关的电压为Ut，则：

Ut=Uca+2a×L/ν+LH×di/dt

式中，Ut为施加在所用变压器高压侧绕组的电压(kV)；Uca为避雷器动作后的残压(kV)；L为避雷器与热备用开关之间连接线的距离(m)；ν为雷电波的速度(m·us-1)；H为导线的电感系数(1 mH·m-1)；i为通过避雷器的标称放电雷电流(kA)；a是系数，取1.25。

避雷器的标称放电电流是10 kA， 所以di/dt=10/1.2=8.3，避雷器与热备用开关之间的距离L=97 m，ν=300 m·us-1，则

Ut=232+2×1.25×97/300+8.3=240.7 kV

经过计算可知，避雷器的残压到达热备用的开关时电压升高8.7 kV，到达热备用的开关后，该波(电压)将发生2倍的全反射，使过电压升高2倍，即2倍Ut，等于481.4 kV。

热备用开关反射的2Ut再次到达所用变时，作用在所用变上的电压会略有升高，忽略不计。66 kV 线路外所用变的绝缘配合，所用变的全波冲击试验电压值Uqb，可按下列公式求得：

Uqb=(K1Uca+△U1)K2+△U2=(1.1×232+15)×1.2+0.5×66=357.24 kV

式中，K1为安全系数，取1.1；Uca为避雷器的残压，取232 kV；△U1=15 kV，为考虑某些原因而使电压升高的值；△U2=0.5Un，为考虑运行中的励磁而使电压升高的值；K2为绝缘损坏的累计系数，取1.2。

所以，该外所用变耐受全波冲击电压的设计值(即所用变最大可以承受的过电压值)：

Uqs=Uqb/0.8=357.24/0.8=446.55 kV。

因为2倍Ut为481.7 kV，大于所用变可以承受电压Uqs=446.55 kV，因此开关的反射波再次作用在所用变的高压侧时，必然引发所用变的绝缘击穿放电事故。

4 防范措施

将避雷器的引线直接接在所用变引下线上，使避雷器对所用变进行“零”保护，这样无论是进波还是反射波，一旦经过避雷器(所用变)的波电压高于避雷器的动作电压时，避雷器阀片的电阻就变得非常小，瞬间就会将雷电流泄入大地，从而将电压限制在避雷器的残压值232 kV以下，这样作用在所用变上的电压232 kV就远远低于所用变的变耐受全波冲击电压的设计值Uqs=446.55 kV，所用变就不会发生放电击穿事故，如图4所示。

图中，Uo为雷电侵入波；Uca为避雷器动作后的残压；Ut为避雷器残压经过所用变高压侧得到的过电压(Ut=Uca)。

图4 避雷器在“零”距离下的保护原理

所谓“零”保护，是指在避雷器的保护距离之内，其避雷器的保护距离L可以根据公司υ=L/α计算得出，雷电波速度υ(等于光速300 m/us，因为避雷器到被保护的设备是往返的，所以在计算时直接取150 m/us)，α为雷电波的截波波头时间(这个时间极短且是个范围值，本次计算取0.06 us)，则L=150×0.06=9 m，也就是说，如果设备与避雷器的安装距离在9 m之内，就受到避雷器的保护，不会发生放电击穿事故。所以条件允许时，避雷器与被保护的设备安装距离越近越好。

5 结 语

当雷电波沿线路传到断开的开关时，雷电波将发生2倍的全反射，使雷电过电压升高2倍，使开关或与开关邻近的设备对地击穿放电，所以在开关前的线路侧加装避雷器是防止开关击穿放电的有效措施，但是在开关之前的热备用线路上安放其它设备，必须采用避雷器“零”距离保护，否则该电气设备将承受2倍避雷器残压的作用，同样会造成设备放电击穿。另外，将该所用变安装在其它带电的线路或母线上，可以保证所用变安全运行，避免此事故反复发生。

[1]谭 琼，李景禄，李志强.山区电网防雷技术[M].北京：中国水利水电出版社，2011.

[2]陈家斌，高小飞.电气设备防雷与接地实用技术[M].北京：中国水利水电出版社，2010.

[3]操敦奎.变压器油色谱分析与故障诊断[M].北京：中国电力出版社，2010.

[4]陈化刚.电力设备预防性试验方法及诊断技术[M].北京：中国水利水电出版社，2009.

[5]横山茂.配电线路雷害对策[M].北京：中国电力出版社，2007.

[6]李景禄.实用配电网技术[M].北京：中国水利水电出版社，2006.

[7]平绍勋.电力系统内部过电压保护及实例分析[M].北京：中国电力出版社，2006.

[8]王清昊.抚顺中寨变66 kV消弧线圈事故分析[J].沈阳工程学院：自然科学版，2016，12(3)：239-242.

(责任编辑 佟金锴 校对 魏静敏)

Analysis and precautionary measure of a 66kV Substation Transformer Insulation Breakdown

WANG Yi1,LIU Zhi-tong2,ZHAO Qiang1,SONG Yuan-lin1,HU Yu-tian1

(1.State Grid Fushun Power Supply company,Fushun 113008;2.State Grid Shenyang Power Supply company,Shenyang 110100,Liaoning Province)

It is known that double total reflection will occur and the lightning over-voltage increase by 2 times when the lightning wave reaches to the disconnect switch along the line.In the 66kV station transformer insulation breakdown accident,the transformer was installed between an arrester and a switch,and 2 times arrester residual voltage was put on the transformer led to the transformer breakdown when a lightning strike happened.In this paper,the arrester Zero distance protection was proposed as an effective precautionary measure based on the practical experience.

Station transformer;Lightning strike;Insulation;Wave reflection;Arrester

2016-06-30

王 翼(1989-)，女，辽宁灯塔人，工程师。

10.13888/j.cnki.jsie(ns).2016.04.012

TM403

A

1673-1603(2016)04-0345-04