對某35 kV開關柜絕緣缺陷造成全廠停電的事故分析

(華能海南發電股份有限公司，海南 海口 570105)

0 引 言

廠用電系統是發電廠的重要組成部分，廠用電事故不但會造成主機停役、全廠停電等自身嚴重的經濟損失，還可能破壞電力系統的運行穩定，甚至電網瓦解，而大面積停電又將引起社會不安定。因此，防范全廠停電事故意義重大，而對其危害最大、后果最嚴重的則是發電廠用開關柜的燒毀事故，雖然有關發電廠對用電系統和設備存在的問題進行了認真分析和試驗，并采取了相應的改進和改造措施，起到一定的遏制效果，但各省范圍內發電廠用開關柜的燒毀事故仍年年都有發生。據不完全統計，廠用開關柜事故原因主要有以下幾類：絕緣缺陷、載流部分過熱、開斷事故、小動物、誤操作以及外部短路等[1]。

國內的35 kV開關柜主要有箱式固定柜XGN-40.5、手車柜GBC-40.5、金屬鎧裝柜KYN-40.5以及充氣柜等種類，其結構形式主要有箱型、間隔型、鎧裝型3種。按絕緣方式劃分主要有空氣絕緣、固體復合絕緣、氣體絕緣等[2]。近年來，35 kV高壓開關柜廣泛應用于變電站、發電廠，其技術在近10年來有了較大進步，但在設計、安裝和運行維護等方面存在著不同程度的問題，因而事故率比較高。發電廠中開關柜事故起因涉及面較廣，而且危害大[3-4]。

保電網必須保大機組，保機組必須保廠用電。為保證廠用電系統的安全可靠運行，必須努力避免廠用開關柜的損壞事故。因此，下面針對2012年7月某發電廠發生的一起因35 kV高壓開關柜故障導致主變壓器開關跳閘引起全廠停電的事件進行分析，并提出相應整改措施，為各發電廠的可靠運行提供參考。

1 事故情況

首先對事故發生前的運行環境、操作情況及故障過程進行介紹，然后對事故現場進場勘查并查找故障點。

1.1 事故經過

事件發生前，天氣晴，一期110 kV主變壓器帶35 kV母線運行,見圖1。事故發生時變電站無操作。

2012年7月13日22時01分， 第 3 組 風 機3505開關檢修結束投入運行1小時后，發生由單相接地迅速發展到三相短路，主變壓器高壓后備復壓過流Ⅰ段保護動作跳主變壓器高、低壓側開關1101、3507，造成全廠停電事件的發生。

圖1 電廠主接線方式圖

1.2 現場檢查情況

對事故現場進行勘察，發現事故點位于35 kV開關室第3組風機3505開關柜。

現場進行試驗，發現該3505開關柜操作機構即可正常動作。通過目測可觀察到該斷路器表面被熏黑，靜觸頭盒表面被嚴重燒蝕，斷路器極柱被燒蝕，上觸頭臂表面被熏黑，下觸頭臂熱縮套表面被顯著燒熔，極柱與觸頭臂的連接處有明顯被燒熔的痕跡，開關下出線端的觸指有明顯被熏黑的跡象。

2 事故原因分析

首先通過對故障錄波圖和微機保護動作過程進行分析，排除了保護誤動的可能，并劃定故障范圍；然后結合故障錄波圖、現場勘查情況以及平時設備的運行維護狀況對故障原因進行了分析。

2.1 保護動作行為分析

第3組風機3505開關柜的電流互感器在開關柜負荷側，但短路故障點在開關本體，故障電流未流過該開關柜的電流互感器，因此3505開關保護未動作。

該故障點在1號主變壓器差動保護范圍外，故障錄波顯示1號主變壓器高壓側A、B、C三相二次短路電流分別為16.7 A、17 A、16.5 A，超過1號主變壓器高壓后備復壓過流Ⅰ段保護定值5.4 A，整定時間0.5 s，因此1號主變壓器高壓后備復壓過流Ⅰ段保護動作分別跳開主變壓器高、低壓側開關1101、3507，最終造成全廠停電事件。

經分析判斷，可知以上保護動作行為均正確。

2.2 三相間短路原因分析

1)排除機械動作特性因素

經現場對故障斷路器機械動作特性測試，其分閘速度、合閘速度、超程以及動作曲線等參數都符合要求，所以，可以首先排除因斷路器機械動作特性不滿足要求而導致故障的發生。

2)初判為電壓絕緣故障

從故障錄波圖、微機保護動作過程及開關現場檢查情況判斷，此次故障是由該斷路器絕緣整體受潮，操作機構提升桿絕緣較低而引起的一起電壓絕緣故障。

由于該發電廠位于沿海地帶，不僅空氣濕度大，且鹽密度也大，因此故障發生初期，斷路器操作機構B相提升桿受潮絕緣水平相對較低運行情況下，B相下靜觸頭通過該提升桿表面放電導致單項間歇性接地，進而導致在35 kV不接地系統采用經消弧線圈及消弧消諧裝置同時接地的運行方式時，引起系統諧振過電壓，最終導致該斷路器三相對地短路形成相間短路故障。

3)綜述故障原因

綜上所述，可排除因斷路器機械動作特性不滿足要求而引發故障；該起故障主要有以下3方面的原因。

①事故發生前，該斷路器長期放置在開關柜外，處于備用狀態，長期暴露于地處海邊的濕度大、鹽密度高的開關室環境中，且投運前未及時進行干燥處理。

②斷路器送電前即已經處于絕緣水平相對較低的狀態，但在檢修試驗時未被及時檢查發現。

③發生故障的35 kV系統(不接地系統)，設計時采用經消弧線圈及消弧消諧裝置同時接地的方式運行，但該系統的計算電容電流大約為70 A，遠大于相關標準要求的30 A。因此，在此接線方式下運行時，若發生單相接地故障時，則會引起工頻諧振過電壓。

3 防治措施

針對此次因設備運行維護不到位、開關室內濕度與鹽度大以及系統運行方式存在隱患等各方面原因所導致的事故分析，主要從開關柜的運行維護、定期輪換、系統接地方式以及發電廠停電事故應急預案的良好執行等方面提出整改防治措施，避免類似事故的再次發生，盡可能保證全廠停電情況下的人員以及各類設備的安全。

1)改善開關室及柜內運行環境：改善開關室及柜內運行環境，必要時在開關室內配置大功率除濕設備，安裝空調。定期對開關室通風及除濕設備進行檢查，特別是在雨季和霉雨氣象情況下對室內設備除濕效果的監測和檢查，確保開關室的通風及除濕設備運行正常。

加強開關柜的運行維護，當開關柜內斷路器退出運行時，及時將該開關柜內的除濕加熱裝置投入運行。

2)強化設備定期輪換制度：嚴格執行設備定期輪換制度，認真執行運行規程，確保設備安全可靠地投入運行，避免發生因某一設備長期處于備用狀態而出現受潮、積污等降低設備絕緣水平的現象。

3)完善35 kV系統運行方式：綜合考慮發電廠運行環境以及設備運行維護情況，為避免再次發生類似系統諧振過電壓事故，建議對該發電廠35 kV系統(不接地系統)的消弧設計方式進行修改，只保留經消弧線圈接地方式運行，取消消弧消諧裝置。

4)落實發電廠停電事故應急預案：為保證由于各種因素引發的全廠停電事故情況下的人員及設備安全，有必要從組織機構層面明確人員職責范圍，定期展開相應人員培訓與應急演練，以及加強運行管理確保直流系統可靠供電及通訊暢通[5]。

4 結 語

35 kV高壓開關柜是發電廠的重要設備之一，其運行狀態對發電廠乃至電力系統的安全可靠運行有著重大影響。

通過對這起35 kV開關柜絕緣缺陷導致主變壓器開關跳閘引起全廠停電的事件原因進行分析，就開關柜運行維護、輪換制度、35 kV系統接地方式以及發電廠停電事故應急預案的全面執行等方面提出整改及防治措施，供各發電廠作為參考，希望可以對預防類似事故再次發生起到一定的作用。

[1] 戚永康.浙江省火力發電廠廠用電高壓開關柜事故分析[J].浙江電力,1997(2):6-10.

[2] 朱雪松.幾起典型的220 kV變電站35 kV開關柜故障及其防治對策[J].湖州師范學院學報,2011(33):217-219.

[3] 朱根良.淺議中壓開關柜事故調查中的故障分析[J].高壓電器,2002,38(5):62-63.

[4] 崔成恕，高華.金屬封閉開關設備的發展淺析[J].高壓電器,2003,39(2):18-22.

[5] 張聘，高丕儉,防范全廠停電事故[J]. 電力安全技術,2005(7):44-45.