對某35 kV開關(guān)柜絕緣缺陷造成全廠停電的事故分析

(華能海南發(fā)電股份有限公司，海南 海口 570105)

0 引 言

廠用電系統(tǒng)是發(fā)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(yán)重的經(jīng)濟損失，還可能破壞電力系統(tǒng)的運行穩(wěn)定，甚至電網(wǎng)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(yán)重的則是發(fā)電廠用開關(guān)柜的燒毀事故，雖然有關(guān)發(fā)電廠對用電系統(tǒng)和設(shè)備存在的問題進(jìn)行了認(rèn)真分析和試驗，并采取了相應(yīng)的改進(jìn)和改造措施，起到一定的遏制效果，但各省范圍內(nèi)發(fā)電廠用開關(guān)柜的燒毀事故仍年年都有發(fā)生。據(jù)不完全統(tǒng)計，廠用開關(guān)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(nèi)的35 kV開關(guān)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(jié)構(gòu)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(fù)合絕緣、氣體絕緣等[2]。近年來，35 kV高壓開關(guān)柜廣泛應(yīng)用于變電站、發(fā)電廠，其技術(shù)在近10年來有了較大進(jìn)步，但在設(shè)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(fā)電廠中開關(guān)柜事故起因涉及面較廣，而且危害大[3-4]。

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

1 事故情況

首先對事故發(fā)生前的運行環(huán)境、操作情況及故障過程進(jìn)行介紹，然后對事故現(xiàn)場進(jìn)場勘查并查找故障點。

1.1 事故經(jīng)過

事件發(fā)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(fā)生時變電站無操作。

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

圖1 電廠主接線方式圖

1.2 現(xiàn)場檢查情況

對事故現(xiàn)場進(jìn)行勘察，發(fā)現(xiàn)事故點位于35 kV開關(guān)室第3組風(fēng)機3505開關(guān)柜。

現(xiàn)場進(jìn)行試驗，發(fā)現(xiàn)該3505開關(guān)柜操作機構(gòu)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(yán)重?zé)g，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(guān)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(jìn)行分析，排除了保護誤動的可能，并劃定故障范圍；然后結(jié)合故障錄波圖、現(xiàn)場勘查情況以及平時設(shè)備的運行維護狀況對故障原因進(jìn)行了分析。

2.1 保護動作行為分析

第3組風(fēng)機3505開關(guān)柜的電流互感器在開關(guān)柜負(fù)荷側(cè)，但短路故障點在開關(guān)本體，故障電流未流過該開關(guān)柜的電流互感器，因此3505開關(guān)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(cè)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(fù)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(fù)壓過流Ⅰ段保護動作分別跳開主變壓器高、低壓側(cè)開關(guān)1101、3507，最終造成全廠停電事件。

經(jīng)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(jīng)現(xiàn)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(shù)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(dǎo)致故障的發(fā)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(guān)現(xiàn)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(gòu)提升桿絕緣較低而引起的一起電壓絕緣故障。

由于該發(fā)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(fā)生初期，斷路器操作機構(gòu)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(dǎo)致單項間歇性接地，進(jìn)而導(dǎo)致在35 kV不接地系統(tǒng)采用經(jīng)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(tǒng)諧振過電壓，最終導(dǎo)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(fā)故障；該起故障主要有以下3方面的原因。

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

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

③發(fā)生故障的35 kV系統(tǒng)(不接地系統(tǒng))，設(shè)計時采用經(jīng)消弧線圈及消弧消諧裝置同時接地的方式運行，但該系統(tǒng)的計算電容電流大約為70 A，遠(yuǎn)大于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求的30 A。因此，在此接線方式下運行時，若發(fā)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(shè)備運行維護不到位、開關(guān)室內(nèi)濕度與鹽度大以及系統(tǒng)運行方式存在隱患等各方面原因所導(dǎo)致的事故分析，主要從開關(guān)柜的運行維護、定期輪換、系統(tǒng)接地方式以及發(fā)電廠停電事故應(yīng)急預(yù)案的良好執(zhí)行等方面提出整改防治措施，避免類似事故的再次發(fā)生，盡可能保證全廠停電情況下的人員以及各類設(shè)備的安全。

1)改善開關(guān)室及柜內(nèi)運行環(huán)境：改善開關(guān)室及柜內(nèi)運行環(huán)境，必要時在開關(guān)室內(nèi)配置大功率除濕設(shè)備，安裝空調(diào)。定期對開關(guān)室通風(fēng)及除濕設(shè)備進(jìn)行檢查，特別是在雨季和霉雨氣象情況下對室內(nèi)設(shè)備除濕效果的監(jiān)測和檢查，確保開關(guān)室的通風(fēng)及除濕設(shè)備運行正常。

加強開關(guān)柜的運行維護，當(dāng)開關(guān)柜內(nèi)斷路器退出運行時，及時將該開關(guān)柜內(nèi)的除濕加熱裝置投入運行。

2)強化設(shè)備定期輪換制度：嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)備定期輪換制度，認(rèn)真執(zhí)行運行規(guī)程，確保設(shè)備安全可靠地投入運行，避免發(fā)生因某一設(shè)備長期處于備用狀態(tài)而出現(xiàn)受潮、積污等降低設(shè)備絕緣水平的現(xiàn)象。

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

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

4 結(jié) 語

35 kV高壓開關(guān)柜是發(fā)電廠的重要設(shè)備之一，其運行狀態(tài)對發(fā)電廠乃至電力系統(tǒng)的安全可靠運行有著重大影響。

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

[1] 戚永康.浙江省火力發(fā)電廠廠用電高壓開關(guān)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(guān)柜故障及其防治對策[J].湖州師范學(xué)院學(xué)報,2011(33):217-219.

[3] 朱根良.淺議中壓開關(guān)柜事故調(diào)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(guān)設(shè)備的發(fā)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(shù),2005(7):44-45.