主扇线路雷击过电压烧损主扇电机的事故分析

1　主扇供电线路及电机结线情况

　　南山矿后备区主扇由35KV竖井变534#、590#两回6KV配出线路供电。534#线路全长2.2km，509#线路全长2.1km，导线采用LGJ——7Ｓ0，架线方式为△方式。后备区主扇进线电源结线方式(如图1)，正常是由534#电源供电，509#电源备用，在距高压室15m处设一变压器台，台上安装2台变压器，分别接在534#和509#两回线路上，变压器供主扇同步机励磁电源。每台变压器分别接一组避雷器，共用一组接地线，主扇高压配电室内的母线上设一组FS型避雷器。

图1

2　事故经过

　　1995年8月29日下午，南山地区有雷阵雨，雷电活动频繁。16时左右，534#线路遭雷击，使线路产生过电压，将正在运行的1#主扇电机定子线圈中的B相中的一匝线圈对地(电机铁心)击穿，1#主扇电机停运。停运后将534#电源进线倒由509#供电，启用2#主扇电机，运行至23h 50min，509#线路再次遭雷击，线路产生的过电压将运行中的2#主扇电机也烧损，同时竖井变电所509#线路，配出开关过流继电保护动作开关跳闸，线路停电。

3　线路雷击过电压情况分析

　　分析烧损电机事故原因是由于线路过电压引起的。在事故发生的时间内，变电所及线路没有操作，变电所一、二次电压均正常。在这种情况下发生线路过电压，必然是外部过电压，也就是雷击引起的过电压。
　　雷击过电压有两种情况，一是直接雷过电压，二是感应过电压。感应过电压在线路导线上产生的最大电压U_g：
　　
　　U_g感应过电压最大值(KV)
　　I雷电流幅值(KV)
　　h_a导线平无高度(m)
　　s雷击点与线路的距离(m)
　　直击雷，雷击杆塔时，在线路产生的感应过电压最大值U_g：
　　U_g≈aha
　　U_g感应过电压(KV)
　　h_a导线平无高度(m)
　　a感应过电压系数，其值等于以KA/μs计的雷电流陡度值。
　　按感应过电压计算
　　根据我国雷电流幅值概率曲线(见图2)

图2　我国雷电流幅值概率曲线

　　取概率为65%时，则雷电流幅值为20KA，取线路平均高度为7m，雷击点与线路的距离100m，则雷电流在线路上感应过电压的数值为：
　　
　　若按直击雷，雷击杆塔时，且取雷电流的陡度为5.8KA/μs
　　则导线过电压，U_g≈5.8×7=40.6KV
　　因此，一般雷击过电压的幅值是比较高的，大都超过内部过电压的幅值。

4　事故原因分析

　　在事故发生后，通过检查，两条线路都没有明显的直接落雷点，线路导线和瓷瓶没有烧损的痕迹。高压室内避雷器(FS—6型)有放电的迹象，将该组避雷器做工频放电试验，放电电压符合试验标准，检查发现室外变压器台避雷器的接地线断线，避雷器没有放电痕迹。
　　通过前面的分析，雷击过电压的幅值是比较高的，在如此高的过电压下，耐压值较低的设施或设备，往往首先放电。由于南山矿后备区主扇线路接有变压器和高压室母线上接有FS型避雷器，而变压器和线路绝缘子耐压较高，线路过电压只能由避雷器来限幅。其保护原理(如图2)所示。
　　避雷器是用来限制过电压的一种主要保护电器，避雷器通常接于导线和地之间，与被保护设备并联，当电压达到避雷器放电电压时，避雷器立即动作，释放过电压电荷，将电压限制在一定的水平，保护绝缘，使电网能够正常供电。
　　避雷器保护过电压的主要性能指标是：
　　冲击放电电压：就是在避雷器两端施加给定波形的冲击电压波时，于放电前所达到的最高电压值称为冲击放电电压；冲击电流残压：技术条件规定的冲击电流通过避雷器时，在避雷器阀片上产生的电压降，称为冲击电流残压；灭弧电压：避雷器可靠灭弧的最大允许的工频电压称为灭弧电压。
　　在南山矿后备区主扇所接的避雷器型号为FS-6，其冲击放电电压和残压都较高(其性能见附表)，当残压高于主扇电机的绝缘耐压水平，则电机被过电压击穿，造成烧损。FS-6型避雷器的残压可达30KV，远远高于主扇电机的绝缘耐压水平(2倍额定电压加1KV=13KV)

5　事故教训及预防措施

　　(1)管理方面的原因
　　室外变压器台的避雷器接地线断，没有起到保护作用，事前没有定期检查，故没有发现接地线断线。
　　在1#主扇电机遭雷击后，只是将2#备用电机启动，而未对雷击线路、避雷器放电情况及设施是否完善进行全面的检查，没有检查出室外避雷器接地线断线，致使线路第二次遭雷击时，该避雷器仍没有起到保护作用。
　　(2)避雷器选型方面的原因
　　《电力设备过电压保护设计技术规程》SDJ—79第99条：“保护高压旋转电机的避雷器，一般采用FCD型”。《电力工程电气设计手册》第十五章第四节旋转电机的过电压保护一般原则也指出：“保护高压，旋转电机用的避雷器，一般采用FCD型碰吹避雷器或氧化锌避雷器”。而该主扇高压室内母线上选用的避雷器为FS型(FS型与FCD型避雷器性能比较见附表)，FS型避雷器冲击放电电压和残压都较高，没能与电机绝缘水平相配合。
　　(3)电机防雷保护不完善
　　《电力工程设计手册》明确“与架空线直接连接的旋转电机应采取完善的进线保护和静电电容器来保护电机”。《电力设备过电压保护设计技术规程》SDJ—79，第97条，也明确300KW以上到1500KW以下的直配电机可采用图26的保护接线。该图其有3种保护接线，如图3，而该主扇电机不具备规程所要求的保护。
　　(4)今后的预防措施：①加强输电线路的防雷设施的检查工作，保证防护设施及接地的完好。②对施转电机采用专用的FCD型避雷器，进行防雷保护。③完善旋转电机的防雷配套保护，按规程的要求完善设施。④加强防雷设施的综合管理，明确职责，发生线路雷击后应进行全面的检查。

FS与FCD型避雷器性能比较