一起異地兩相短路事故的分析

摘 要：為了實現石油化工廠連續穩定供電、避免類似供電事故的重復發生，總結了在實際運行中發生的一起異地兩相短路事故，結合報警信息、相應保護配置、測量數據和現場的實際情況，對事故發生的過程進行了詳細分析，還原事故發生的真實經過，找出了事故發生的根本原因是單相接地故障造成的異地兩相短路，指出中性點不接地供電系統零序電流大于30 A和開關柜只裝設兩相CT所帶來的問題，并提出相應的改進措施。

關鍵詞：異地; 兩相短路; 接地故障; 故障分析

中圖分類號：

TN710-34

文獻標識碼：A

文章編號：1004-373X(2011)19

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Analysis of Two-phase Short-circuit Accident Occurred at Another Place

WU Hua-long1， YANG Yan-xin2

(1. Lanzhou Petrochemical Company， Lanzhou 730060， China;

2. Faculty of Engineering and Technology， Yunnan Agricultural University， Kunming 650201， China)

Abstract： In order to realize power supply continuity and stability for the petrochemical plant and avoid the occurrence of similar accidents， a short-circuit accident occurred at another place is analyzed， according to the alarm information， corresponding protection configuration， measurement data and actual situation on site. The whole story of the accident was restored honestly. The analysis result indicates that the cause of the accident is earth fault， which results in the two-phase short-circuit accident occurred at another place. It is pointed out that the problem is neutral point which zero-sequence current is greater than 30A and there are only two phase CT to be mounted in the switch cubicle. Methods to avoid the similar accidents are provided.

Keywords： another place; two-phase short-circuit; earth fault; accident analysis

2010年3月16日，某化工廠35 kV化工變電所的6 kV供電系統發生了一起異地兩相短路事故，造成了部分裝置的停車。下面就事故的發生進行分析，并提出相應的預防措施。

1 變電所供電系統的運行方式

變電所供電系統結構圖如圖1所示。

正常運行時化工變電所35 kV Ⅰ段和Ⅱ段單母線分列運行，經3516斷路器供1#主變，經3515斷路器供2#主變，35 kV I-II段母聯熱備用；6 kV供電系統分列運行， 6 kV進線21，22斷路器在合閘位置，6 kV I-II段母聯熱備用。6 kV饋線1#，2#，3#，4#，5#，6#，7#，8#，9#，10#斷路器分別在合閘位置，6 kV 1#變電所及5#變電所除母聯熱備用外，其他斷路器都在合閘位置。化工變電所的6 kV為中性點不接地系統［1］。

2 事故經過及處理過程

2010年3月16日15時16分，監盤的運行人員發現，化工變電所1#、3#、5#饋線零序保護報警。同時接工藝人員通知，5#變電所中5#變壓器所帶負荷失電，1#變電所1#電機失電。

圖1 系統結構圖

運行人員分組到下級變電所進行檢查，15時29分，在1#變電所發現，1#電機零序接地保護動作跳閘；在5#變電所發現，5#變壓器速斷保護動作跳閘；在3#饋線所帶的變電所沒有發現任何異常報警。

將1#電機斷路器小車拉出柜外，搖測三相電纜對地絕緣均為250 MΩ，電機重新投入運行后正常。運行人員對5#變壓器電纜進行絕緣檢查時發現，A相對地為500 MΩ，B相對地為2 500 MΩ，C相對地為6 MΩ。

3 保護動作情況

化工變電所和1#變電所保護裝置為施耐德S40，5#變電所保護裝置為老式的電磁式繼電器［2］。

1#變電所動作的保護有：15時16分51秒703毫秒， 1#電機零序接地保護跳閘。5#變電所動作的保護有：5#變壓器速斷保護跳閘；由于保護是常規的繼電器［3］，所以沒有時間記錄。

化工變電所動作的保護有：15時16分51秒703毫秒，1#饋線零序接地保護報警，持續了550 ms；15時16分51秒710毫秒，5#饋線零序接地保護報警，持續了500 ms； 15時16分51秒801毫秒，3#饋線零序接地保護報警，持續了100 ms。

4 保護配置情況

化工變電所所有饋線的零序保護定值為3 A，時限為0 s，作用于報警。1#變電所1#電機的零序保護定值為4A，時限為0.5 s，作用于跳閘；速斷保護定值為208 A，時限為0 s。5#變電所5#變壓器的零序保護定值為4 A，時限為0.5 s，作用于跳閘；速斷保護定值為880 A，時限為0 s［4］。所有6 kV開關柜只裝設A、C相電流互感器。

5 故障設備的試驗檢查情況

3月16日，立即對5#變電所的5#電纜進行測試，通過用電感閃沖法［5］對電纜故障點進行查找，最后發現電纜的C相在490 m處有放電擊穿的現象。

將1#變電所1#電機進行檢查試驗，在對電纜及電機做直流電阻測試時泄漏電流［6］非常大；在打開電機接線端蓋后發現，電機引線B相有對外殼放電的痕跡。

6 故障原因分析

從保護動作的時間記錄情況來看可以發現，由于各變電所保護裝置時間不進行統一GPS校時，所以不能依據報警記錄的時間進行總體的故障分析。但從持續時間上不難看出，單相接地故障自始至終一直存在。

系統正常運行時，6 kV三相相電壓對稱，三相對地的電容電流平衡，因此三相的電容電流的向量和為零，地中沒有電流流過［1］。

當1#變電所1#電機B相發生弧光接地故障時，系統的接地電流（電容電流）為A相和C相對地電容電流之和。通過測量得出化工變電所6 kV系統電容電流約為50 A，所以1#饋線零序接地保護報警，1#電機零序接地保護跳閘。5#饋線電纜及所帶變電所6 kV電纜總長度為5.3 km，根據中性點不接地系統中的單相接地電流經驗公式Ic=UN(Loh+35Lcab)/350，其中UN為系統額定電壓;Loh為架空線總長度;Lcab為電纜總長度，計算得出單相接地電流［7］為3.3 A，所以5#饋線也會發零序接地保護報警。

當系統中B相發生弧光接地時，A相和C相電壓升高，致使絕緣最為薄弱的5#變電所5#變壓器C相電纜被擊穿，引起了系統B相和C相的異地接地短路故障；又因為5#變電所5#變壓器速斷保護時限比零序保護時限短，從而速斷保護首先動作跳閘；而1#變電所1#電機開關柜只裝設A，C相電流互感器，B相電流是A，C相電流的矢量和，未能反映B相真實電流，所以速斷保護未動作。5#變電所5#變壓器速斷保護跳閘后，系統恢復成了單相接地故障，當時限超過1#變電所1#電機零序延時(0.5 s)后，電機跳閘，整個系統電壓恢復正常。

7 結 語

中性點不接地供電系統在發生單相接地故障時，由于接地電流較大，將會在接地故障點出現斷續的電弧。容易發生弧光過電壓，這可導致線路上絕緣較為薄弱的地點絕緣被擊穿，從而導致故障的擴大化。

我國的電力行業標準 DL/T620-1997“交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合”中要求［8］， 3～10 kV主要由電纜線路構成的系統當接地故障電流大于 30 A時，中性點應裝設消弧線圈［9］。所以應將化工變6 kV不接地系統改為中性點經消弧線圈接地的運行方式。當系統發生單相接地時，消弧線圈的電感電流將會在接地點與接地電容電流進行補償，使接地電流減小，從而抑制電弧的產生。

另外，應加裝B相電流互感器，以提高保護動作的準確性，同時便于故障的準確判斷和分析。

參 考 文 獻

［1］平紹勛，周玉芳.電力系統中性點接地方式及運行分析［M］.北京：中國電力出版社，2010.

［2］秦曾煌，姜三勇.電工學［M］.北京：高等教育出版社，2009.

［3］劉介才.工廠供電［M］.北京：機械工業出版社，2010.

［4］賀家李.電力系統繼電保護原理與實用技術［M］.北京：中國電力出版社，2009.

［5］潘紹詢.電纜線路的維護及故障處理［M］.北京：中國鐵道出版社，2000.

［6］中國石油化工集團公司.石油化工設備維護檢修規程(第6冊)［M］.北京：中國石化出版社，2009.

［7］何仰贊，溫增銀.電力系統分析［M］.武漢：華中科技大學出版社，2010.

［8］杜澍春，陳維江.DL/T 620-1997交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合［S］.北京：電力工業部絕緣配合標準化技術委員，1997.

［9］李景祿.高電壓技術［M］.北京：中國水利水電出版社，2008.