一起電纜頭故障引起的孤網運行事故的分析和探討

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一起電纜頭故障引起的孤網運行事故的分析和探討

曾文清

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司能源總廠，安徽馬鞍山243000）

【摘要】介紹了一起220 kV主變35 kV側電纜頭故障的情況，分析了事故原因和防范措施，并對此起事故引起的孤網運行事故進行了分析和探討，提出了企業供電系統孤網運行的控制措施和應對原則。

【關鍵詞】電纜頭；故障；孤網運行；分析；應對措施

1　概述

某鋼廠220 kV變電站由于經濟運行的需要（節省一臺主變的需量費用），長期只有一臺220 kV的主變運行。該變電站主要為煉鋼、熱軋、冷軋系統供電，自備電廠的3臺發電機組（153 MW CCPP發電機、135 MW燃煤發電機、60 MW全燒高爐煤氣發電機）通過2條110 kV的聯絡線在該變電站110 kV母線并網。

2　事故經過

2015年3月4日1:40分，調度人員發現該變電站35 kV III段母線C相電壓為零，AB兩相電壓升高為線電壓，立即通知巡檢人員到現場進行檢查，并聯系鋼軋廠停2250、1580熱軋主傳動（35 kV）負荷。

2：08分，自備電廠一臺CCPP發電機組跳機，隨后，自備電廠3條110 kV供電線路低周減載動作跳閘。此后，孤網系統開始進入相對穩定狀態。

2：19分，孤網系統并入外網大系統，鋼軋區110 kV系統恢復穩定運行。孤網運行時間持續15 min。

3　事故原因分析

3.1事故還原和動作順序

根據現場檢查，故障點有兩處：分別是主變35 kV側引下線C相電纜頭、35 kV II段母線進線柜302開關電纜頭（主變35 kV側是通過電纜連接進入35 kV高壓開關柜）。根據現場情況和故障錄波曲線分析，故障的發生順序應是1：40分主變35 kV側引下線C相電纜頭絕緣擊穿接地，2：04分35 kV II段母線進線柜302開關A相電纜頭由于電壓升高擊穿造成三相弧光接地短路，導致主變差動保護動作跳閘。

故障錄波曲線如圖1、圖2所示。

3.2電纜頭故障點檢查和分析

（1）主變側故障點

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如圖3所示，該處為電纜屏蔽線連接和緊固金屬環下絕緣層破壞導致電纜通過屏蔽接地線接地引起單相接地故障。故障的原因是由于屏蔽接地線焊接不牢、松動，再加上電纜兩端屏蔽線直接接地形成環流等因素造成銅屏蔽層局部發熱，使電纜主絕緣老化擊穿。

圖1　1：40分電纜單相接地故障錄波曲線（持續時間23 min）

圖2　2：04分電纜三相弧光短路故障錄波曲線（故障持續時間50 ms左右）

圖3　主變35 kV側引下線C相電纜頭故障情況

（2）開關側故障點

如圖4所示，該處電纜頭制作工藝粗糙，在剝切半導電層時，刀頭插入電纜主絕緣形成了劃痕，部分半導電層碎片也會同時嵌入電纜主絕緣層，造成電纜主絕緣下降，在C相電纜發生單相接地后，由于A相電壓升高，導致電纜擊穿。

圖4　開關側A相電纜頭故障情況

4　應對措施

（1）對220 kV主變系統35 kV電纜及電纜頭進行了全面檢查和試驗，鑒于電纜頭制作上存在問題以及電纜運行時間已超過8年，對此段20 m左右的35 kV連接電纜進行了更換，對所有電纜頭全部進行了更換和重新制作，制作過程嚴格把關，保證電纜頭的制作質量。

（2）對電纜兩端屏蔽線的接地方式進行了改造，其中一端仍然采用直接接地，另外一端通過過電壓保護器接地，防止屏蔽線產生過大的環流，減少接地線連接處發熱的幾率。

（3）對主變套管、接頭以及35 kV電纜頭等開展紅外測溫工作。通過加強設備的點檢巡視工作，及時發現設備的異常狀況和發熱缺陷，提前對設備缺陷進行處理，有效防止事故的發生。

（4）加強運行和調度管理，提高運行和調度人員的素質，強化事故演練，提高緊急狀況下的應對能力。

5　系統孤網運行狀況分析

主變跳閘前從外系統吸入的負荷在64 MW左右，如圖5所示，2：04：00，主變跳閘后孤網系統的頻率立即下降到46.2 Hz，由于此時受系統短路和電壓、頻率波動影響，制氧機、冷軋多條產線跳機，系統頻率突升至53 Hz以上；2：08：00，CCPP發電機組由于系統頻率高跳機，系統頻率再次跌落到43.5 Hz；2：08分21秒，110 kV線路塘原761、塘原762低周減載動作跳閘；2：09分39秒，塘煉764線路低周減載動作跳閘。隨后，系統頻率在2臺發電機組調速系統作用下，逐步上升?？梢?，線路低周減載對小系統機組的穩定運行具有較大的作用。由于受發電機組調速系統性能影響，自2：12：30～2：19：00，發電機組發生振蕩，孤網系統頻率波動范圍:47.2 Hz~54.2 Hz。2：19：00孤網系統并入外網大系統后，頻率開始穩定。

圖5　孤網系統運行頻率趨勢曲線圖

從本次孤網運行過程分析來看，制氧機、冷軋鍍鋅、酸軋、酸洗、連退等產線受系統電壓和頻率波動的影響大，無法正常生產；CCPP機組無法適應孤網運行要求發生跳機，導致系統頻率過低，3條110 kV線路低周減載動作，甩掉了大量負荷。60 MW、135 MW發電機雖然維持住系統的孤網運行狀態，但機組發生振蕩，調速系統適應孤網運行的性能還需要進一步優化。

6　系統孤網運行的控制措施和應對原則

6.1根據運行方式需要及時調整負荷

當自備電廠和企業內部系統的2條聯絡線或其上級變電所和系統的2條聯絡線有1條處于檢修狀態等運行方式下，自備電廠和系統的聯系變得薄弱。在出現這些運行方式時，要提前調整系統負荷，盡量使正常運行的單一聯絡線的負荷趨近于零，這時即使出現聯絡線跳閘，自備電廠帶部分負荷孤網運行的情況，孤網系統的頻率和電壓波動也不會太大，容易維持孤網運行。

6.2科學合理的調度指揮

（1）調度人員對孤網運行應該有相應的事故預案并進行定期的演練，當出現系統孤網運行時，才能夠從容對待和調度處理。

（2）發生孤網運行后，應及時通知用戶盡量保持負荷穩定，不要啟用沖擊性的負荷。

（3）如果煉鋼LF爐和熱軋等沖擊負荷正在生產，并且對電網的穩定運行造成威脅時，要求其先后逐步停止生產，并且在條件允許時盡可能逐步降低負荷，以免對電網造成沖擊。

6.3合理設置線路低頻減載

對自備電廠升壓站及與系統聯絡的變電站的110 kV部分線路設置低頻減載功能，這些線路可以在系統低頻運行時按整定值以一定的順序先后切除。低頻減載裝置是孤網系統維持孤網運行的有利條件和控制措施之一，當孤網系統頻率偏低時可以自動切除部分負荷，提高系統的穩定性。

6.4發電機維持孤網運行的優化措施

最關鍵的維持孤網運行的措施是對機組的DEH調速系統進行優化和改造?？梢钥紤]采取以下優化措施：

（1）在汽輪機數字調速系統（以下簡稱DEH）并網前具有轉速自動控制和并網后具有有功負荷自動控制功能的基礎上，增加孤網運行后頻率自動控制功能，并設置孤網運行DEH按頻率自動調節判據。判據的設立可以考慮選擇發電機并網開關位置信號以及與系統聯絡線的開關位置信號，當發電機在并網發電的狀態下，如果發生唯一的聯絡線開關跳閘的情況，通過相應的開關位置信號判斷回路，自動將DEH調速系統切換至自動調頻狀態，以適應孤網運行狀態，提高系統維持孤網運行的可能性。

（2）對機組的一次調頻的上下限等參數進行研究和調整，使其適應孤網運行后頻率波動較大的工況。

（3）對出現孤網運行后的DEH控制方式進行及時調整，考慮選用“閥控”方式，并采用“單閥”方式運行等措施來提高調速系統的響應能力。

6.5孤網系統的并網和恢復

當自備電廠帶著部分系統負荷維持住孤網運行的狀態時，就必須考慮整個孤網系統重新并入電網的問題，也即聯絡線路必須具有同期并網功能。一般情況，自備電廠都有同期并網裝置，在設計時，要將電廠和系統的聯絡線開關納入同期裝置。另外，如果自備電廠升壓站通過企業內部樞紐變電所和外部電網聯絡時，樞紐變電所和外部電網的2條聯絡線也需要具備同期并網功能。如果由于設計原因樞紐變電所不具備同期并網條件，在出現自備電廠帶著樞紐變電所孤網運行情況時，可以先空出電廠和內部樞紐變電所的其中一條聯絡線以及內部樞紐變電所的一條母線，在系統來電倒送至這條聯絡線上時，利用電廠側聯絡線開關將孤網系統同期并入外部系統電網。

7　結語

電纜頭的材料和制作工藝、屏蔽層的接地方式以及運行過程中的溫度監測等是35 kV電纜安全運行的關鍵，必須高度重視；供電系統孤網運行嚴重威脅企業的生產安全，在供電運行方式薄弱時，應提前制定相關的控制措施和應對原則，提高系統的運行安全。

燃氣

Analysis and Discussion of an Isolated Grid Accident Caused by Cable Head Failure

ZENG Wenqing

(General Power Plant of Maanshan Iron & Steel Co., Ltd., Maanshan, Anhui 243000, China)

【Abstract】A 35 kV side cable head failure of the 220 kV main transformer is introduced. The causes of the failure and preventive measures are analyzed while the isolated power grid operation accident caused by the failure are also analyzed and discussed. Control measures and principle of coping for isolated grid operation in enterprise power supply system are put forward.

【Keywords】cable head; failure; isolated grid operation; analysis; countermeasures

作者簡介：曾文清（1969－），男，1991年畢業于西安交通大學電力系統及其自動化專業，高級工程師，現從事供用電專業技術管理工作。

收稿日期：2015－09－22

【文章編號】1006-6764(2015)12-0017-03

【文獻標識碼】B

【中圖分類號】TM247