某廠10kV系統弧光短路事故的分析

馬國斌張 勇王小輝

（1.華能陜西發電公司，西安 710000；2.西門子（中國）有限公司，北京 100102；3.華能銅川照金電廠，陜西 銅川 727100）

某廠10kV系統弧光短路事故的分析

馬國斌1張 勇2王小輝3

（1.華能陜西發電公司，西安 710000；2.西門子（中國）有限公司，北京 100102；3.華能銅川照金電廠，陜西 銅川 727100）

描述了某廠10kV系統的一次弧光短路事故過程及對事故原因的分析，認為這是一起C相弧光接地發展而成的的相間弧光短路事故，開關柜內銅排裸露、絕緣防護不到位是重要原因。

弧光短路；相間短路；單相接地；事故

某廠 10kV系統的一次弧光短路事故，導致全廠停電，造成嚴重后果。對事故原因的分析，有助于查清事故原因，汲取經驗教訓，防止類似事故的再次發生。

1 系統簡介

某工廠的電氣系統電壓等級為10kV，雙母線接線，自成孤網運行。1號發電機容量 50MW，額定電壓10kV，經空心限流電抗器并入10kV母線。發電機中性點經快速消弧系統接地，其補償電流11～41A可調。發電機組廠用電也取自 10kV系統。系統接線示意圖如圖1所示。

6kV母線未設置弧光保護等快速保護，為了快速消除單相接地引起的弧光放電，在 6kV母線 PT處設置了消弧及過電壓保護裝置。當該裝置檢測到某相母線對地弧光放電時，裝置立即通過分相開關將該相母線接地，消除電弧。

圖1 10kV電氣主接線

2 事故過程

事故前機組負荷 56.11MW、27.98Mvar，發電機母線低壓10.6kV。15∶05分，運行人員在集控室聽到一聲巨響，隨后機組DCS系統電腦及前顯示屏閃爍，廠用電中斷，機組跳閘停機，控制室事故照明亮起。電氣巡檢員事故時在發電機電抗器室外部聽到巨響，很快全廠失電。電氣人員緊急起動柴油發電機，及時恢復廠用電。事故后進入電抗器室檢查發現室內濃煙滾滾，后打開排煙風機，檢查發現發電機出口開關柜爆炸，柜門向外打開，柜內冒出濃煙。

本次事故中，電抗器差動保護1時3分59秒368毫秒動作，差動速斷 6.6A，差動動作電流整定值0.33A，動作電流8.688A；發電機過流保護1時4分1秒254毫秒動作，整定值電流值5.499A，延時 0.7s發信，2.0s停機，過電流保護動作電流10.81A。差動保護電流互感器，中性點側變比5000/5，機端變比5000/1，5000/5。發電機保護CT變比 5000/5。在 10kV母線電壓互感器柜裝設的消弧及過電壓保護裝置中檢查發現，事故發生時先后依次報出C相金屬接地、C相弧光接地的事故報文。

3 事故分析

3.1 發電機保護動作分析

由事故報告可以看出，首先是電抗器差動保護動作，機組出口斷路器及滅磁開關分閘。但是由于故障點位于開關靠近機組側，當滅磁開關分閘后，發電機電壓按照指數曲線衰減，在這一過程中，發電機持續供給故障點電流，因此，導致發電機過流保護動作。

圖2是電抗器差動保護動作波形。事故前，電抗器兩側B相電流相位差接近180°（畫圈所在處），見圖2（a）；BC相短路后，電抗器兩側B相電流相位差接近0°（畫圈所在處），見圖2（b）。故障前為正常負荷性穿越電流，事故后為流向故障點的短路電流，電流相位相反，可以判斷故障為差動保護區內故障，保護正確動作。

圖2 電抗器保護動作波形

圖3為發電機過流保護動作波形。從波形可以清楚看出先發生BC相短路，再轉化為三相短路。

圖3 發電機保護動作波形

3.2 C相接地原因分析

由于消弧及過電壓保護裝置報出 C相金屬接地、C相弧光接地的事故報文，檢查保護動作時的電壓波形，如圖4所示。

可見在電抗器差動保護動作前，10kV Ⅱ母存在C相接地，并且在后期發展為C相弧光接地。弧光產生的一個明顯的特征是間歇性放電，電壓間歇性升高，保護記錄的C相電壓波形符合這一特征。保護裝置記錄的電壓波形過程與消弧裝置動作報告相一致，時間也吻合，說明是同一現象。可以看出，在C相發生弧光放電的同時，發生了BC相弧光短路。由于C相弧光接地瞬時發展為BC相間弧光短路，消弧過電壓裝置來不及動作，無法起到消除 C相接地弧光的作用。

圖4 保護動作電壓波形

3.3 現場檢查

檢查現場，可見相間短路痕跡，如圖5圓圈所示，在銅排的尖端處發生電弧放電，高溫電弧將銅排尖端處部分融化，說明此處是發生相間弧光短路處。

圖5 相間弧光短路

4 弧光短路原因分析

導致 BC相弧光短路可能性:①大氣過電壓；②操作過電壓；③單相接地過電壓。

根據現場情況了解，當天無雷電，事故時系統也無操作，①和②情況基本可以排除。對③的情況，C相金屬性接地的原因，由于現場開關本體破壞嚴重，再三檢查并未發現明顯接地點。現場看到，開關內部銅排直接裸露在空氣中，表面沒有任何防護措施，如果有外物與之接觸，很容易導致單相接地故障發生。根據故障波形圖分析認為，開關內部首先發生不穩定的C相金屬性接地，然后金屬性接地消失，發展成C相弧光接地，弧光瞬時導致BC相弧光短路，然后再發展為ABC三相弧光短路。一般來說，由單相弧光接地發展成三相弧光短路是比較常見的弧光短路發展過程，因此，可以認為這種可能性最大。

5 整改建議

建議加強開關裝置的銅排絕緣，銅排之間加裝絕緣板，且尺寸加長加寬，完全隔離銅排，并且在銅排表面敷裹絕緣熱縮管，避免銅排裸露。如果此前采取了以上措施，本次事故發生可能性大為降低。

有軌電車地面充電電源系統及充電控制方法

近日，國家知識產權局公布專利“有軌電車地面充電電源系統及充電控制方法”，申請人為中車青島四方車輛研究所有限公司。

有軌電車地面充電電源系統，包括整流變壓器、整流器、地面充電站及車載充電檢測系統，還包括聯鎖控制系統，地面充電電源系統集成在電源柜內，電源柜內部分為高壓室、變壓器室和低壓室。

高壓室內設置 AC10kV交流開關柜，包括高壓進線柜、PT柜、計量柜及出線柜，高壓進線柜與高壓供電電網相接，變壓器室內設置10kV/0.66kV整流變壓器，其輸入端與高壓室內出線柜的輸出端相接；低壓室內設置整流充電柜、直流開關柜及充電站控制系統。

本系統不采用現有城軌交通牽引網作為電源輸入，而是采用 AC10kV進線柜，直接接入高壓交流供電電網，采用集成化布局方式，將交流開關柜、變壓器、整流單元等均集成在一個柜體內，占地空間小。

一種船載可拆卸式波浪能發電系統

近日，國家知識產權局公布專利“一種船載可拆卸式波浪能發電系統”，申請人為重慶光煦科技有限公司。

本發明涉及新能源設備領域，具體涉及一種船載可拆卸式波浪能發電系統，它包括漂浮體，所述漂浮體通過鋼索連接有液壓油缸，所述液壓油缸上設置有透氣孔，所述液壓油缸下端連接有船錨，所述液壓油缸連接有第一三通閥門，所述第一三通閥門下端連接有液壓腔，所述第一三通閥門右端連接著第二三通閥門，所述第二三通閥門右端連接著儲能罐，可以裝置在船舶上，通過拋錨來固定船體，通過船上的漂浮體捕捉波浪能進行發電，為船舶提供電力。

依靠海洋自身蘊藏的波浪能作為能量供給源是易實現且廉價的，海洋中無固定平臺，采用液壓機構來實現波浪能發電裝置的能量轉換，具有體積小、重量輕、方便靈布置等優點，發電系統結構簡單、經濟實用、系統穩定。

新能源電站交互式設計系統

近日，國家知識產權局公布專利“新能源電站交互式設計系統”，申請人為內蒙古電力勘測設計院有限責任公司。提出了一種新能源電站交互式設計系統，屬于電站設計及計算機技術領域。該系統包括客戶端、交互設計服務器、后臺數據庫服務器以及多個設計終端。

其中:所述交互設計服務器包括:設計團隊展示和選擇模塊、設計方案展示和選擇模塊以及工程動態展示和修改模塊；上述各模塊用于實現設計期間與客戶端和后臺數據庫服務器的實時交互；所述多個設計終端用于從后臺數據庫服務器中讀取設計所需的各參數以進行設計，并將實時的設計結果發送給后臺數據庫服務器以進行存儲。

本方案解決了現有設計效率低下無法有效互動等問題，具有提升用戶體驗、節約設計時長、提高設計效率等諸多優點。

馬國斌（1973-），男，大學，工程師，總經理，從事電力企業管理及相關技術研究工作。