一起750_kV变压器套管雨闪事故分析与仿真研究_魏远.pdf
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1、07一起 750kV 变压器套管雨闪事故分析与仿真研究http:/ 电网设计 第7期 DOI:10.13500/j.dlkcsj.issn1671-9913.2023.07.002一起 750 kV 变压器套管雨闪事故分析与仿真研究魏 远,朱小利,张欢畅,李鸿路,史 峰(中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司,陕西 西安 710075)摘要:2021 年西北地区某 750kV 变电站装设的变压器高压套管发生雨闪事故,引起变压器保护跳闸,导致变压器退出运行。根据该 750kV 变压器外形与布置方案,采用电场有限元仿真软件,建立降雨条件下变压器电场仿真模型,研究分析雨闪事故的发生原因,并提出防
2、雨闪优化措施。关键词:变压器套管;闪络事故;电场仿真中图分类号:TM645 文献标志码:A 文章编号:1671-9913(2023)07-07-06Research and Simulation of a Flashover Fault of 750 kV Transformer Bushing Under Rain ConditionWEIYuan,ZHUXiaoli,ZHANGHuanchang,LIHonglu,SHIFeng(Northwest Electric Power Design Institute Co.,Ltd.of China Power Engineering Cons
3、ulting Group,Xian 710075,China)Abstract:Arainflashoverfaultoccurredinthehighvoltagebushingofa750kVtransformerinNorthwestChinain2021,whichcausedthetransformerrelayprotectionactionandledtothetransformeroutofoperation.Thispaperfocusedonanalyzethecauseoftheflashoverfault.Accordingtotheshapeandlayoutofth
4、e750kVtransformer,thispaperusedelectricfieldFiniteElementMethod(FEM)simulationsoftwaretoestablishtheelectricfieldsimulationmodelofthetransformerunderraincondition.Thecauseoftherainflashoverfaultwasstudiedandanalyzed.Furthermore,optimizationmeasuresforpreventingtherainflashoverfaultwereputforward.Key
5、words:transformerbushing;flashoverfault;electricfieldsimulation*收稿日期:2021-07-01 第一作者简介:魏远(1990),男,博士,高级工程师,从事新能源规划与并网技术、高电压与绝缘技术工作。0 引言降雨、覆冰条件下的外绝缘闪络是引起高压电气设备故障、发电机组停机的重要原因之一1-3。本次事故发生于我国西北地区某 750 kV变电站,该站平均海拔高,空气稀薄,设备外绝缘性能下降。根据该站所在地区气象站监测数据,本次雨闪事故发生时降雨量达到大到暴雨级别,恶劣气象条件是导致雨闪事故的诱因。雨闪事故造成变压器高压套管增爬裙烧蚀、变
6、压器油枕上方消防支管熔断。本文采用电场有限元仿真软件,建立降雨条件下变压器电场仿真模型,从变压器结构设计、变压器套管增爬裙设计、变压器消防支管设计等多因素出发,分析引起本次雨闪事故的原因,并提出防雨闪优化措施。08http:/电 力 勘 测 设 计第7期1 雨闪事故概况事故发生时出现了大到暴雨天气,短时降水量大于 10 mm/h。在大雨条件下,该站 750 kV变压器主保护先后出现报警信号,继而引起750 kV 变压器保护动作跳闸,变压器退出运行。根据该站故障录波数据,判断保护动作正确。雨闪事故发生后对现场 750 kV 变压器、避雷器、开关等一次设备进行检查,发现上述高压设备外观不存在异常。
7、检查发现变压器 750 kV 侧 B 相套管增爬裙有明显的放电烧蚀痕迹,A、C 相套管无明显异常,与变压器750 kV 侧 B 相套管相邻近的消防管喷水头与主管连接处熔断后掉落,该消防管拐臂处存在放电烧蚀痕迹。其余部位未发现异常。该站采用的变压器外形如图 1 所示,采用三相一体式变压器,变压器高压套管为锥形,上部细,下部粗,B 相套管垂直安装,A 相与C 相倾斜安装,B 相套管距离变压器油枕距离较近。围绕变压器四周及油枕顶部布置有消防水主管道与分支管道。9635 mm9635 mm2765 mmR6700 mm7900 mm7050 mm6115 mm8510 mm8510 mm15925 m
8、mR8050 mmR8050 mm图1 变压器及其套管外形图雨闪事故发生时,变压器 750 kV 侧避雷器无动作,电站无任何操作,因此排除因雷击或操作引起的过电压。通过对后台监控信息、保护动作情况以及现场设备检查情况进行综合分析,初步判断事故原因是大雨气象条件下引起的变压器 B 相高压套管绝缘闪络。通过检查 750 kV 套管技术资料,其主要结构参数和技术指标均满足国标 GB/T 26218.32011污秽条件下使用的高压绝缘子的选择和尺寸确定第 3 部分:交流系统用复合绝缘子4要求。该站在 750 kV 套管上加装硅橡胶增爬裙,每只套管装设 8 个增爬裙,每个增爬裙间距约为 1 m,增爬裙外
9、边缘比套管裙边突出约 1 cm。从现场事故照片看,放电烧蚀痕迹主要在 8 个增爬裙外边缘。2雨闪事故电场仿真2.1 仿真方法本文基于有限元仿真方法,采用电场有限元仿真软件,研究降雨条件下 750 kV 变压器高压套管电场分布。在清洁干燥条件下,变压器高压套管的电场分布主要取决于施压电压、套管及伞裙型式、布置方式、套管尺寸等因素。在大雨气象条件下,变压器高压套管的电场分布受到流过其表面的泄漏电流的影响,若连续09一起 750kV 变压器套管雨闪事故分析与仿真研究http:/ 电网设计 第7期 落下的雨滴桥接了套管伞裙之间的空气间隙,将引起电场畸变。本文通过建立 1:1 等比例变压器及高压套管仿真
10、模型,合理设置激励与边界条件,求解 Maxwell 电场偏微分方程组,从而获得变压器高压套管周边电场分布。求解的Maxwell 偏微分方程组如下:()jeJQJEJEVV=|=+|=-|-=(1)式中:J 为电流密度;Qj为外界注入电荷;E 为电场强度;V 为电势;为介质体电导率;Je为外界注入电流密度;为体电荷密度;为介电系数。2.2 仿真模型及参数图 2 为变压器 B 相外形图及仿真模型图,在外形图中同时示意了消防支管位置(油枕正上方)。本文对变压器外形进行适当简化以提高仿真速度,对套管尺寸、套管伞裙与增爬裙尺寸、消防支管与套管距离等参数按照工程实际尺寸详细建模。分别建立 5 个 1 1
11、等比例仿真模型,其中模型 1 为干燥模型,研究无雨水条件下变压器 B 相高压套管电场分布;模型 2 为雨水模型,采用具有一定电导率的若干水滴沿着增爬裙外边沿竖直均匀分布以模拟事故发生时的大雨气象条件,水滴电导率取为典型值,研究大雨条件下变压器 B 相高压套管电场分布;模型 3 为雨水+消防水管修改模型,即研究与模型 2 相同雨水条件下整改消防支管路径后变压器 B 相高压套管电场分布;模型 4 为干燥且无消防水管模型,研究无雨水条件下且变压器油枕顶部取消消防水管时 B 相高压套管电场分布;模型 5 为雨水且无消防水管模型,研究雨水条件下且变压器油枕顶部取消消防水管时 B 相高压套管电场分布;模型
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