某垃圾焚燒電廠主變跳閘事故分析

杜靈亮

關鍵詞：變壓器;過電流;跳閘

0引言

升壓變壓器是發電廠電氣設備中的主設備之一，主變容量較大，結構復雜，運行可靠性要求高，所以設置了不同類別的保護裝置，以保障其安全運行。主變微機保護配置有電量保護和非電量保護兩類，在某次主變跳閘事故中，工作人員檢查了二次接線回路，未發現回路灼傷等異常現象，也沒有出現重瓦斯、壓力釋放之類的非電量信號，僅有差動保護、電流保護等電量保護動作。因此，本文結合事件動作記錄、保護定值和保護動作判據，分析此次事故原因，提出處理措施，希望以后可以盡力避免同類事件的發生。

1變跳閘事故

1.1電廠基本情況

垃圾焚燒電廠設置1臺焚燒爐和1臺發電機，發電機額定電壓10.5kV;升壓站設置1臺升壓變壓器，升壓至35kV，經371開關送入電網。10kV側為單母線結構，發電機通過發電機出口斷路器連接至10kV母線。電氣主接線如圖1所示。

1.2事故經過

2020年2月10日，雷雨天氣，電廠內主變高壓側371開關跳閘，開關柜內過電壓保護器A相損壞。事發時發電機組未投入，由電網提供廠用電。

當天16：40二值接班，監盤過程中，發現10kV電壓偏低，其中AC相最低時達9.45kV，在此期間值班員一直注意10kV電壓的變化情況。16：53集控室照明燈熄滅，后臺警鈴響、報警信號發出，35kV主變高壓側371開關、低壓側001開關跳閘，#1鍋爐變073開關失電未跳閘，400V廠用電失電，廠區事故照明自動切換為蓄電池供電。運行人員到高低壓配電室進行檢查發現高低壓配電室有異味，進一步檢查發現主變高壓側371開關柜內過電壓保護器A相已損壞，值班人員立即將事件經過匯報地調;地調下令將主變高壓側371開關轉為冷備用狀態。

當天17：30斷開高低壓配電室所有負荷開關，做好相關安全措施后，組織人員開展施工電源臨時搭接至化水工作電源開關，廠用電恢復正常供電。

現場檢查照片如圖2～5所示。從圖中可看出，避雷器A相已被擊穿損壞，避雷器底座也已經損毀發黑，后柜門和絕緣子也遭到不同程度的燒傷。

避雷器自身仍存在過電壓防護問題，如果過電壓進入避雷器保護動作區，超出其過電壓承受能力，也會導致避雷器損壞爆炸。

2跳閘記錄分析

2.1事故前后數值記錄

該垃圾焚燒電廠在建設階段沒有安裝電力故障錄波裝置，無法獲知故障發生前后電量信息曲線和開關量信息的變化，本次無法通過錄波波形分析判斷開關跳閘的原因，而后臺系統采樣周期較長，對事后故障分析并無幫助。

事故發生前（0：00-16：51）電壓參數均屬于正常范圍內，且三相電流平衡（以上參數的取點時問問隔為5min），無參考價值，此處不做贅述。

2.2關鍵保護裝置動作及報警信息記錄

根據事故調查情況匯報，按時間先后順序對各裝置動作情況做了如下整理。

（1）線路保護測控裝置

16：53：19.068000000ms保護啟動[動作]，最大相電流1.091A;4050ms保護啟動[返回]。

（2）主變保護測控屏高后備保護裝置

16：53：19.075000000ms保護啟動[動作]，最大相電流1.748A;990ms過流I段動作[動作]，最大相電流3.232A，故障相別：AN;1040ms過流I段動作[返回]。

（3）主變保護測控屏差動保護裝置

16：53：19.076000000ms保護啟動[動作]，10 ms差動動作[動作]，A相差流1.894 A，B相差流0.001A，C相差流1.894A;A相制動電流0.947A，B相制動電流0.004A，C相制動電流0.949A;1050ms差動動作[返回]。

（4）主變保護測控屏低后備保護裝置

16：53：20.118 0000ms保護啟動[動作]，008005 I母PT斷線告警[動作]，010000ms I母低壓I段動作[動作]，010000 msI母低壓Ⅱ段動作[動作]。

（5）對側變電站保護動作情況

對側變電站過流Ⅱ段動作，重合閘動作并合閘成功。

2.3繼電保護分析

2.3.1有關裝置保護整定值統計表

（1）基本參數如表1所示。

（2）35kV線路保護測控裝置有關整定值如表2所示。

（3）主變差動保護裝置有關整定值如表3所示。

（4）主變高后備保護裝置有關整定值如表4所示。

2.3.2有關保護裝置動作過程分析

（1）依據動作過程記錄情況，首先35kV線路保護啟動[動作]，根據保護定值單，所有過電流保護投入方向均為線路方向，根據方向電流保護的動作原理，此時短路功率從母線流向線路，判斷故障最初出現在35kV線路側。

（2）在35kV線路保護啟動[動作]間隔8ms后，主變差動保護啟動[動作];幾乎同時，主變高側過流I段{0.71 A，1 s，跳兩側}保護啟動[動作]，主變高側過流I段投入方向指向變壓器;判斷此時電廠內部也出現了故障點，極可能主變高壓側371開關柜內過電壓保護器A相被擊穿。

（3）主變差動保護啟動后10 ms差動動作[動作]，此時應該跳主變兩側斷路器，但是并未成功。主變高側過流I段經跳閘延時后動作跳閘，斷開主變35kV高側斷路器。經了解現場保護投入情況，差動保護出口硬壓板由于現場調試原因并未投入，導致差動保護未能在第一時間切除主變兩側斷路器，而是通過后備保護切除的故障點。

（4）35 kV線路保護有保護啟動但沒有動作跳閘輸出，可判斷故障雖然最初出現在線路側，但在達到35 kV線路保護跳閘定值和跳閘延時之前，故障點已轉移到電廠內部，不符合35 kV線路保護方向性條件，所以35 kV線路保護最終沒有跳開斷路器。

（5）主變35 kV側開關跳開后廠用電失電，主變低壓側保護裝置低電壓保護動作。

（6）對側變電站過流Ⅱ段動作，且重合閘成功，過流Ⅱ段并不能保護線路全長，根據保護分級配合原則，推斷故障出現在線路上并且是瞬時故障。

綜合以上各臺保護裝置整定值以及保護裝置動作過程，判斷當天35kV線路遭遇雷擊導致線路過電壓，且擊穿了電廠371開關柜內過電壓保護器A相，由于主變差動保護出口回路硬壓板退出，最終促使主變高后備保護裝置跳開主變兩側斷路器。

3跳閘事故處理

電廠內371開關柜內過電壓保護器A相已被擊穿，出線絕緣子已損壞，需要及時進行更換，以免造成運行停滯。開關柜后柜門被電弧燒傷，節省成本考慮，可不更換，但應用酒精擦拭干凈。

檢查371開關柜內斷路器動作特性是否完好，斷路器絕緣能力有無受到影響;檢查主變壓器低壓側斷路器及附件是否完好，斷路器性能有無受到影響;檢查主變高壓側至371斷路器連接電纜相問絕緣是否完好，有沒有發生短路情況;檢查35kV線路側安裝的避雷器絕緣性能是否完好，有沒有受到影響;對同批次、同型號的避雷器開展狀態評價工作。

當過電壓保護器在運行環境有濕度偏大時，要保持廠房通風系統有效投入，對設備運行情況及時跟蹤。檢修運行管理部門組織進行繼電保護動作試驗，及時投入主變差動保護壓板，必要時可通知繼電保護廠家到現場配合進行功能試驗。主變高壓側高后備保護以快速切除保護范圍內故障為原則，盡量縮短高后備保護動作時間，防止主變故障持續時間長，擴大事故范圍。

電廠運行過程中，需要管理部門嚴格落實管理規定。機組正常運行情況下，所有保護及自動裝置必須按照規程規定全部投入，運行人員投切繼電保護壓板必須由兩人進行。機組投入使用前，運行人員應進行全面核查。

4結束語

此次事故雖然是由于自然環境原因引起的，但是故障發生后，由于主變差動保護硬壓板退出導致主變兩側開關未能在第一時間斷開，也存在一定的現場管理原因。通過該次事件，本文提出以下幾點建議。

（1）編制一次設備啟動時保護裝置的投退及保護定值的調整方案時，應綜合整定計算、保護運行、方式安排等各專業方面的實際情況，并以能最快速、最可靠切除故障為原則。

（2）對于保護定值異常投退及處理情況應做好記錄，發生異常的保護或自動裝置經檢修處理后，確認可以投入運行的應將信息告知值長，運行責任人及時填寫保護投入申請單，逐級批準后投入運行。

（3）已運行的開關柜結合停電時檢查，觀察開關柜底部孔洞是否封堵嚴密，要杜絕小動物進入的可能，防止相間短路或接地短路故障。

（4）在廠內設置1臺故障錄波裝置，接入發電機、升壓變壓器、上網線路等主要回路的電量信息和開關量信息。在電網中發生故障時，故障錄波裝置對于確定故障性質、故障部位和系統振蕩情況，對于分析繼電保護裝置動作情況，提高系統安全運行水平有著重要意義，已經是目前電廠運行中必不可少的設備之一。