一起110 kV主变压器中性点间隙击穿的原因分析与故障查找

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(国网成都供电公司，四川 成都 610021)

0 引 言

目前，电力系统中使用的110 kV变压器都是属于半绝缘变压器，即位于中性点附近变压器绕组部分对地绝缘比其他部位弱，中性点的绝缘容易被击穿。对于中性点装设接地刀闸和放电间隙的变压器， 根据电网运行方式，变压器中性点可直接通过接地刀闸接地运行，也可经间隙接地运行，即不接地运行，在中性点不接地运行时，配置中性点间隙零序过流零序过压保护作为主变压器的后备保护。

介绍了一起110 kV GIS刀闸缺相导致的主变压器中性点间隙击穿事故，结合故障录波，证明了中性点间隙保护动作的正确性，并详细分析了该事故发生的原因，通过采取电气试验的方法，排查出故障位置，及时对故障进行了修复，缩短了故障处理时间。

1 事故描述

2012年12月8日早上，九河变电站进行倒闸操作，将2号主变压器由182开关通过130母联开关供电倒闸至181开关供电时，2号主变压器中性点间隙发生放电，中性点间隙过流II段保护动作，跳开181开关和901开关。

1.1 故障前电网运行方式

图1 九河变电站故障前运行方式图

九河变电站为户内GIS变电站，该站采用内桥式接线，110 kV I、II母并联运行，全站负荷由110 kV龙九线182开关主供，九辰线181开关热备用，110 kV备自投投入，1、2号主变压器分别供10 kV I、II段母线负荷，930开关热备用，10 kV分段备自投投入，10 kVⅠ段母线和10 kV II段母线供多条10 kV出线负荷，详见图1。

1.2 事故经过

7点54分50秒，运维人员根据调度命令将181由热备用转为运行。

8点03分20秒，运维人员根据调度命令将130开关由运行转热备用。

8点03分24秒，2号主变压器间隙过流II段保护动作(动作电流值5.83 A)，跳开181、901开关。

事故发生后，运维人员立即到2号主变压器室进行查看，发现2号主变压器中性点间隙发生严重的放电现象，中性点间隙铜棒被烧融了一截，详见图2。

图2 主变压器中性点放电间隙棒被烧损情况

2 原因分析与故障定位

从故障录波装置上调出故障时的电流电压波形图，详见图3和图4。图3中，2Ua、2Ub、2Uc为110 kV Ⅱ母电压，4Ua、4Ub、4Uc为10 kV Ⅱ母电压，由于九河站110 kVⅠ、Ⅱ母线上无TV，其母线电压的监测来自线路TV，从图3中看出，故障前后，110 kV Ⅱ母电压皆正常，但10 kV Ⅱ母电压在故障时明显发生畸变，C相电压在故障录波启动(0 ms)时刻，变为0，A、B相电压相序反向，电压峰值稍有降低；902开关TA电流值在0 ms时刻也发生变化，A、B相电流出现反向，C相电流几乎为0；181开关B相在0 ms前无电流，在0 ms时出现反向的电流。图4为故障持续时间内的录波图，从图中可以看出故障持续3 s，随后故障消失，此刻2号主变压器跳闸，退出运行。

根据故障录波分析可知，此次故障是由于变压器缺相运行，三相电压不平衡，中性点电压被抬高，超过中性点间隙的击穿电压(110 kV变压器的中性点间隙调整距离为140 mm左右，击穿电压为60 kV左右)，使中性点间隙被击穿。

图3 故障开始时的录波图

图4 故障持续3 s内的录波图

2.1 缺相原因查找

故障发生后，检修人员对变压器、GIS设备依次进行了诊断试验，对故障点进行查找定位。

(1) 变压器试验情况

变压器型号为SFZ10-63000/110，出厂日期2012年4月，厂家为正泰变压器厂，故障时变压器运行在5档，对2号主变压器进行了诊断试验，主要包括变压器空载试验和绕组直流电阻测试，试验数据详见表1和表2。

表1 变压器空载试验数据(5档)

表2 变压器绕组直流电阻试验数据

根据测得的变压器空载试验数据和直流电阻试验数据，未发现绕组内部存在断线和短路的故障，表明变压器无明显故障，运行正常。

(2)GIS试验情况

GIS设备型号为120-SFMT-32CA，厂家为西电三菱电机厂，出厂日期为1997年5月，投运日期为1997年9月。对110 kV II母所属间隔设备的气室进行了SF6分解产物测试，开关刀闸回路电阻测试，开关机械特性测试，试验结果见表3～表5。

表3 开关刀闸气室SF6分解产物

表3所示为GIS各个气室的SF6气体分解产物，试验结果表明SF6气体组分正常，GIS各气室内部未发生明显的放弧痕迹。表4所示为刀闸和开关的回路电阻测试值，1813刀闸的回路电阻值A、C相显示无穷大，表明1813刀闸内部存在故障，没有合上。表5所示为181和130开关的分合闸时间，分合闸时间值皆为正常范围内，表明开关设备运行正常。

表4 110 kVII母所属开关设备回路电阻

表5 开关的分合闸时间

2.2 缺相原因

从试验结果判断出故障点出现在1813刀闸，随后检修人员打开1813刀闸气室顶盖，发现1813刀闸三相合闸不一致，B相刀闸合闸到位，而A、C未合闸到位，见图5。

图5 1813刀闸AC相合闸不到位

1813刀闸气动机构箱采用的两根传动轴带动动触头进行分合闸，B相用一根传动轴，A、C相共用一根传动轴，传动轴通过连接叉条拐臂使动触头进行分合闸。由于该叉条拐臂在当时制作过程中工艺控制不严格，叉条拐臂与传动轴在尺寸上存在正工差，配合不紧密，再加上气动机构分、合闸对罐内导

体冲击较大，经过十多年来多次操作，紧固叉条拐臂的螺栓发生松动且磨损严重并发生变形，见图6所示。图7为叉条拐臂与传动轴相互摩擦磨损，配合不紧密的照片。

图6 动触头传动轴件磨损情况

图7 叉条拐臂与传动轴摩擦变形图

通过以上分析可知，1813刀闸A、C相刀闸共用一根传动轴，该传动轴与叉条拐臂存在磨损，配合不紧密，紧固螺栓出现松动。当1813刀闸进行合闸时，因A、C相传动轴未能固定住A、C相叉条拐臂，在进行传动时未能可靠带动动触头合闸，使得A、C相刀闸动触头处于半分半合的状态，导致了1813刀闸处于缺相运行的状态。

3 故障处理

在找到故障点后，在厂家的协助下，检修人员更换了1813刀闸A、C相拐臂叉条和传动轴，经过多次传动试验，确保了1813刀闸能可靠分闸，同时对2号主变压器的中性点间隙铜棒进行更换，及时恢复了送电。

由于九河站GIS运行了15年，到了中期检修的阶段，为了防止该类刀闸再次出现此类故障，随后检修人员对全站GIS刀闸的拐臂叉条都进行了检查，发现其1301、1021刀闸传动轴内部已出现部分螺栓松动、拐臂等配件存在磨损，都进行了相应的更换与紧固处理。

4 结 论

(1)变压器高压侧A、C相缺相运行时，中性点电压会抬高，间隙会发生击穿，通过设置中性点间隙过流保护能有效的保护变压器。

(2)当电气设备发生故障时，可通过故障录波分析得出故障的原因，并通过高压化学试验等技术监督手段对故障进行查找，缩短故障查找时间，提高了效率。

(3)国内运行了15年以上的GIS到了中期检修的期限，部分传动件可能会出现松动和变形，应对其进行开罐检查，及早发现并及时处理事故隐患。