两起主变110kV中性点刀闸损坏的分析

杨宗海赵全胜王相杰杜春张伟魏杰闫鸿恩

摘要：直流系统为继电保护提供可靠电源，是变电站的重要组成部分，针对交流窜入直流引起的接地故障，通过对故障特点进行分析，根据测量数据找出原因，避免了保护误动及可能造成的危害，并提出了相应的防范措施。

关键词：中性点刀闸；接地；零序电流；措施

1故障情况

2018年7月9日23:00，运维人员巡视发现某220kV变电站113中地接地引线断裂。事件发生的直接原因为变压器中性点接地装置经历系统多次单相接地零序电流冲击后，中性点刀闸受损、接地引线受损、连接螺栓松动，7月9日21：00，110kV线路单相接地跳闸，流过113中地零序电流过大，导致113中地接地引线螺栓熔断，接地引线断裂。

2018年7月11日18:00,运维人员巡视发现某220kV变电站111中地接地引线断裂。事件发生的直接原因为变压器中性点接地装置经历系统多次单相接地零序电流冲击后，接地引线受损，110kV线路单相接地跳闸，流过111中地零序电流过大，导致111中地接地引线断裂。

1.1220kV变电站设备简况

220kV3#主变为广州维奥伊林变压器有限公司2008年生产的SSZ10-240000/220型产品，113中性点刀闸型号为GW13-72.5/630，为平高集团有限公司2007年产品，热稳定电流为20千安/2秒。220千伏3#主变保护设备采用国电南京自动化股份有限公司生产的PST1200型装置，于2011年6月投入运行，3#主变保护定校时间为2016年4月22日，例试时间为2016年4月22日，均按周期开展例试定校工作。

220kV1#主变为广州西门子变压器有限公司2013年生产的SFSZ11-240000/220型产品，111中性点刀闸型号为GW13-126W/630，为西安西电高压开关有限公司2013年产品，热稳定电流为20kV/2秒。220kV1#主变保护设备采用河南许继电气股份公司生产的WBH-801B型装置，于2014年05月投入运行。1#主变保护定校时间为2015年12月3日，例试时间为2015年12月3日，均按周期开展例试定校工作。

1.2113中地、111中地受冲击情况统计

自上次停电检修以来，113中性点接地装置先后因三条110kV线跳闸造成三次零序电流冲击；111中性点接地装置先后因两条110kV线跳闸造成三次零序电流冲击。

2故障分析

2.12018年7月9日21：00，110kV线路发生C相单相接地故障时，220千伏3#主变、110kV线路保护同时启动，其保护启动录波分别见图1。从3#主变保护启动录波可以看出，当110kV线路发生故障时，流过3#主变中压侧零序CT的二次电流约为53A，折合成一次电流约为6.3KA。

图13#主变、线路保护录波

2.22018年7月11日18：00，当110kV线路发生C相接地故障时，保护跳闸，重合不成功，1#主变保护启动录波见图2。从1#主变保护启动录波可以看出，当110kV线路发生故障时，流过1#主变中压侧零序CT的二次电流约为36.2A，折合成一次电流约为7.2KA。

图21#主变保护录波

2.3检修人员到达变电站，现场检查发现：113中地接地引下线断裂，连接螺栓熔断，如图3所示。

图3113中地接地引线断裂、螺栓情况

2.4检修人员达到变电站，现场检查发现，111中地接地引下线软铜编织带断裂。根据计算，113中地刀闸在最大方式、最恶劣的情况下，零序电流可达到29.2kA，已远高于113中地刀闸的热稳定电流20kA。停电处理后，确认113中地刀闸存在明显的烧伤现象，如图4、图5所示。

图4111中地接地软铜编织带断裂图5113中地刀闸烧伤情况

2.5查询当时的方式计算、设计图纸、产品说明书发现：在2008年3#主变增容工程设计时，113中地刀闸可能流过的最大零序电流为15.2kA，远期最大零序电流为16.4kA，所以设计院采用20kA的刀闸是可以满足设计要求的。但是实际上，由于近年来随着电网上级电源的增多、220kV变压器数量及容量的增加，单相接地造成的零序电流呈上升趋势，部分刀闸热稳定电流已不满足实际需要，近10年的增长情况如图6、图7所示。

图6113中地零序电流增长趋势

图7111中地零序电流增长趋势

2.6可以看出，220kV变电站的单相接地零序电流普遍存在上升趋势，造成一些老旧变电站的中性点刀闸热稳定电流已不满足实际需要。另外，根据《DL/T559-2007220kV～750kV电网继电保护装置运行整定规程》第7.1.4条要求，电网220kV主变中性点接地方式执行：变电站只有1台变压器时，中性点直接接地；有两台及以上变压器时，应只将1台变压器中性点直接接地；双母线接线方式有3台及以上变压器时，应按两台变压器中性点直接接地运行，并把它们分别接于不同母线上。同时要尽量保持零序阻抗基本不变，所以220kV变电站中性点接地一般固定运行在一台变压器，造成此中性点刀闸长期处于合位，可能造成多次冲击的同时，也无法及时通过巡视检查到刀闸触头烧蚀情况。

3处理过程

2018年7月13日，申请3#主变异常停电，更换113中地刀闸、接地引线、连接螺栓，同时将单接地改造为双接地形式，处缺完毕，送电成功。2018年7月16日，申请1#主变异常停电，更换111接地引线，同时将单接地改造为双接地形式，处缺完毕，送电成功。

4暴露的问题

4.1在变压器日常检修运维工作中对中性点装置的重视程度不够。在发生单相接地故障后，缺乏有效手段开展专项巡视，日常检修中，重视变压器本体的检查试验，对中性点未引起足够的重视。

4.22017年，公司根据省公司要求，开展了变压器、开关、刀闸、母线的热稳定校核工作，但是未针对中性点接地装置开展抗短路能力校核工作，未能及时发现刀闸热稳定电流不足的情况。

4.3电网的短路电流水平在过去的10年间，不仅未有效降低，反而呈现明显的增长趋势，在省内较于较高水平，发生短路故障后，各类设备均要承受较高的短路电流，给设备安全可靠运行带来了较大的风险。

5整改措施

5.1加强调控中心与变电运维室的协作，发生单相接地后，由调控中心根据零序网络，判断出流过零序电流的变压器中性点接地装置，然后直接通知变电运维室开展中性点接地装置专项巡视，除当班巡视后，次日要安排不同人员进行复查。强化日常巡视，制定标准化巡视作业指导书，采用望远镜等设备，及时发现中性点接地刀闸、接地引线等存在的各类缺陷。

5.2对变压器中性点设备开展全面排查，结合调度零序电流计算开展中性点接地装置抗短路能力校核，对老旧、锈蚀严重以及抗短路能力不足的中性点接地装置及时开展大修和更换工作。二是加强变压器中性点接地装置检修工作，开展中性点装置检修规范化、标准化作业，增加检修后中性点刀闸回路导通电阻测试项目，确保中性点刀闸接地良好，接地电阻值合格。三是结合《国家电网公司变电五项通用措施》（以下简称五通）的要求，持续推进中性点设备接地引线单改双工作（由单根引下线改为两根120平方毫米的铜线引下线的方式，目前已通过停电完成6台220kV变压器的改造工作，剩余220kV变压器65台将通过停电逐步进行），做到“逢停必改”。

5.3严把设备入网关，加强设备全过程验收工作。一是已沟通并协同设计院，在设备初设选型阶段，提高中性点接地装置的选型标准，刀闸热稳定电流统一提升为31.5kA/4秒，接地引线统一为两根120平方毫米的铜线。二是现场验收环节，对设备严格按照投标文件、技术协议、五通要求进行验收，确保新设备零缺陷入网。

5.4积极与发展策划部、调控中心等相关部门沟通，研究降低电网短路电流水平的有效手段，确保设备低风险运行。探索中性点接地装置轮换检查方案，在中性点接地装置固定运行方式一段时间或经历几次单相接地跳闸冲击后，调整中性点接地方式，对拉开后的接地刀闸进行巡视检查。

6结论

这两次事件的原因为：一是近10年来系统单相接地造成的零序电流水平持续增长，造成老旧设备热稳定电流无法满足短路能力需要，多次单相接地后造成中性点刀闸、接地引线累积性损伤；二是220kV变电站中性点相对固定，造成某些刀闸触头缺陷无法准确通过巡视检查到，造成累积性损伤扩大,最后因一次单相接地故障冲击造成了接地引线断裂的事件。