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        6 kV F-C開關(guān)爆炸事故原因分析及處理

        2013-03-05 08:00:20李澤財(cái)茍建偉安小軍魯毅東
        黑龍江電力 2013年2期
        關(guān)鍵詞:故障

        李澤財(cái),茍建偉,安小軍,魯毅東

        (華能銅川電廠,陜西銅川727100)

        目前,大多數(shù)電廠一般不配置專用的快速母線保護(hù),而是依賴發(fā)變組分支后備保護(hù)延時(shí)切除母線短路故障,一般延時(shí)為1.5~2.0 s。故障的延時(shí)切除,加大了設(shè)備的損傷程度,甚至造成開關(guān)爆炸,嚴(yán)重威脅到人員的安全和系統(tǒng)設(shè)備的安全運(yùn)行。因此,為了保證高壓廠用系統(tǒng)的安全運(yùn)行,本文分析了1起600 MW發(fā)電廠廠用6 kV F-C開關(guān)爆炸的事故處理經(jīng)過,指出了設(shè)置6 kV母線保護(hù)的必要性,并提出了快速母線保護(hù)方案。

        1 事故分析

        1.1 事故現(xiàn)場檢查情況

        2010-11-24 T00:16:00,某600 MW發(fā)電廠2號機(jī)6 kV工作IIB段B汽泵前置泵F-C開關(guān)間隔運(yùn)行中突然發(fā)生爆炸,機(jī)組被迫降負(fù)荷。開關(guān)爆炸導(dǎo)致相鄰間隔及6 kV工作IIA段部分間隔開關(guān)均有不同程度損壞。開關(guān)柜門被電弧沖落到地上,開關(guān)上半部全部燒損,下半部基本完好,B相真空泡破損,B汽泵前置泵開關(guān)柜左、右側(cè)及相鄰開關(guān)柜被電弧擊穿1個(gè)孔洞,母線室左右兩側(cè)穿墻套管燒損,母線熱縮套全部燒損,母線支持絕緣子燒損,相鄰兩柜母線室母線熱縮套及母線支持絕緣子均有不同程度的損傷,一次電纜CT全部燒損。2號機(jī)組A汽泵前置泵開關(guān)間隔的保護(hù)裝置及二次回路嚴(yán)重?zé)龎模?號機(jī)組B爐水循環(huán)泵開關(guān)、B汽泵前置泵開關(guān)開關(guān)、C爐水循環(huán)泵開關(guān)、相鄰的備用間隔屏頂小母線嚴(yán)重?zé)龎?,附近?號機(jī)組A引風(fēng)機(jī)開關(guān)間隔、D間冷冷卻水泵間隔、2號機(jī)組凝結(jié)水輸送泵開關(guān)間隔、A爐水循環(huán)泵開關(guān)間隔、母線PT間隔開關(guān)面板設(shè)備受損。

        1.2 發(fā)變組保護(hù)動(dòng)作情況

        2010-11-24 T00:16:39:998,2號機(jī)組發(fā)變組保護(hù)A、B柜啟動(dòng),經(jīng)過1 721 ms發(fā)組保護(hù)A柜A2分支過流I,II段動(dòng)作,1 722 ms發(fā)變組保護(hù)B柜A2分支過流I、II段動(dòng)作,保護(hù)跳閘出口 A2分支跳閘。

        1.3 故障錄波情況

        2010-11-24 T00:17:39:982,2號機(jī)故障錄波器時(shí)間與發(fā)變組保護(hù)裝置相差59.984 s,2號機(jī)組故障錄波器6 kV工作IIB段C相電壓突變啟動(dòng),A相電壓突變?yōu)?6.987 V,B相突變?yōu)?8.634 V,C相電壓突變?yōu)?.25 V,負(fù)序電壓為92 V;2號機(jī)6 kV工作 B段A相電流為0.783 A,B相電流為0.795 A,C相電流為0.856 A,零序電流為1.732 A;廠高工作變高壓側(cè)A相電流為0.952 A,B相電流為0.955 A,C相電流為0.984 A。經(jīng)過220 ms,2號機(jī)6 kV工作B段A相電壓為6.3 V,B相電壓為8.60 V,C相電流為8.24 V;A相電流為26.506 A,B相電流為29.117 A,C相電流為26.011 A;廠高工作變高壓側(cè)A相電流為17.461 A,B相電流為17.161 A,C相電流為15.437 A。17分41秒784毫秒,B段電流電壓變?yōu)?,故障錄波曲線如圖1所示。

        1.4 保護(hù)設(shè)置及整定

        6 kV母線設(shè)置兩段過流保護(hù),定值一致,經(jīng)復(fù)壓閉鎖,動(dòng)作于跳本分支開關(guān),在發(fā)變組保護(hù)中實(shí)現(xiàn),6 kV母線進(jìn)線斷路器保護(hù)裝置不設(shè)置保護(hù)。6 kV母線保護(hù)定值設(shè)置情況如表1所示。

        過流定值的整定原則[1]:

        1)按正常運(yùn)行中IIB段任一設(shè)備故障快速切除后,全部電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)及變壓器負(fù)荷整定。

        2)按正常運(yùn)行中1臺最大電動(dòng)機(jī)冷態(tài)起動(dòng)及變壓器負(fù)荷整定。

        3)與6 kV段最大變壓器過流定值及最大電動(dòng)機(jī)電流速斷定值配合整定。

        電流取整定原則三者最大值,時(shí)間與下一級保護(hù)最大延時(shí)配合,下級保護(hù)最長延時(shí)為定時(shí)限過流,延時(shí)1 s,分支過流保護(hù)延時(shí)取1.5 s。

        表1 6 kV母線保護(hù)定值設(shè)置情況

        1.5 事故分析

        故障點(diǎn)最初出現(xiàn)在在C相上觸頭盒內(nèi),而且燃弧一段時(shí)間后才發(fā)生的C相對地短路。故障過程:C相靜觸頭出現(xiàn)異?!\(yùn)行中觸頭發(fā)熱→持續(xù)高溫導(dǎo)致觸頭片燒損→動(dòng)靜觸頭間產(chǎn)生間隙放電→拉弧→電弧從觸頭盒最熱的部位燒穿,絕緣下降→引發(fā)C相對金屬柜體拉弧短路→故障繼發(fā)為三相相間弧光短路及A相對側(cè)板弧光短路。

        由于故障發(fā)生在開關(guān)柜的母線側(cè),不在微機(jī)綜保和熔斷器的保護(hù)范圍內(nèi),所以由上級開關(guān)切除故障。事故發(fā)生的保護(hù)動(dòng)作過程如下:B汽泵前置泵母線側(cè)發(fā)生C相接地,經(jīng)過200 ms左右,發(fā)生三相短路,引起開關(guān)爆炸著火。1 700 ms左右發(fā)變組后備分支保護(hù)正確動(dòng)作,跳開B段工作電源開關(guān),切掉故障點(diǎn)。

        2 設(shè)置6 kV母線保護(hù)的必要性

        2.1 短路產(chǎn)生電弧的危害

        開關(guān)設(shè)備內(nèi)部間隔發(fā)生故障而產(chǎn)生的電弧光造成開關(guān)設(shè)備中的壓力和溫度迅速增加,如不及時(shí)切除,將造成以下重大危害:電弧光中心溫度相當(dāng)于太陽表面溫度的2倍,約為20 000℃,由于過熱將導(dǎo)致銅排、鋁排融毀氣化;電纜融毀,電纜護(hù)套著火;過熱導(dǎo)致壓力上升,使開關(guān)設(shè)備爆炸;開關(guān)設(shè)備劇烈振動(dòng),使固定元件松脫;過熱導(dǎo)致壓力上升,使開關(guān)設(shè)備爆炸;上一級變壓器承受近距離短路故障沖擊,故障電流產(chǎn)生的電動(dòng)力可能導(dǎo)致變壓器繞組變形發(fā)生匝間短路;故障產(chǎn)生的弧光以300 m/s的速度爆發(fā),可摧毀途中的任何物質(zhì),若波及站內(nèi)直流系統(tǒng)就會使全站直流失電,將造成無法彌補(bǔ)的重大損失及人員傷亡。

        電弧光故障的危害程度取決于電弧光電流及切除時(shí)間,電弧光產(chǎn)生的能量與I2t成指數(shù)規(guī)律快速上升[2],如圖2 所示。

        2.2 不同燃弧時(shí)間下對設(shè)備造成的損壞程度

        從圖2可以看出,只有總切除時(shí)間小于100 ms,才能保證設(shè)備不受結(jié)構(gòu)性損傷。各種燃弧時(shí)間下對設(shè)備造成的損壞度如表2所示。

        表2 不同燃弧時(shí)間下對設(shè)備造成的損壞度

        2.3 設(shè)置6 kV快速母線保護(hù)的必要性

        6 kV高壓開關(guān)作為電廠常用的設(shè)備,是運(yùn)行人員經(jīng)常操作的對象,數(shù)量在百臺以上,其可靠性和安全性在電廠中占有舉足輕重的作用。若依靠傳統(tǒng)的配置方案,會使故障切除時(shí)間延長,使事故擴(kuò)大,可能對系統(tǒng)造成極大破壞,甚至人員傷亡。如果在100 ms內(nèi)能切除故障,那么可以杜絕此類事故的發(fā)生,保證人身和設(shè)備安全。

        3 快速母線保護(hù)方案

        3.1 級聯(lián)方案

        快速母線保護(hù)功能是在不依賴專門的母線保護(hù)裝置的前提下,依靠總進(jìn)線開關(guān)保護(hù)與各饋線開關(guān)保護(hù)的配合來實(shí)現(xiàn)的快速母線保護(hù)??偩€開關(guān)保護(hù)裝置在“級聯(lián)輸入閉鎖”功能投入的情況下,其速斷保護(hù)經(jīng)下一級所有饋線的無延時(shí)“過流啟動(dòng)級連輸出接點(diǎn)”閉鎖,即饋線回路有故障時(shí),該饋線保護(hù)裝置無時(shí)限跳閘,同時(shí)發(fā)信號至6 kV進(jìn)線開關(guān)內(nèi)的保護(hù)裝置,閉鎖進(jìn)線開關(guān)速斷保護(hù)出口。當(dāng)6 kV母線故障時(shí),饋線保護(hù)裝置因檢測不到故障電流而不發(fā)出級聯(lián)信號,則6 kV進(jìn)線開關(guān)速斷保護(hù)以較短時(shí)限切除母線故障。

        珠海拓普公司生產(chǎn)的TOP9720系列保護(hù)裝置可選配此項(xiàng)功能,最快可以在45 ms內(nèi)切除故障。該保護(hù)在大別山電廠得到了較好的應(yīng)用,投產(chǎn)6 a以來,運(yùn)行穩(wěn)定。

        3.2 電弧光保護(hù)

        開關(guān)柜內(nèi)部發(fā)生電弧短路故障時(shí),所產(chǎn)生的故障特性量包括產(chǎn)生電弧、壓力上升、電流增大等。電弧保護(hù)的主要?jiǎng)幼饕罁?jù)是電弧的產(chǎn)生,為進(jìn)一步提高保護(hù)的動(dòng)作可靠性及提供有選擇的切除故障,將檢測電流增量作為閉鎖條件。當(dāng)電弧保護(hù)系統(tǒng)同時(shí)檢測到電弧和過電流時(shí),即發(fā)出跳閘命令,切除故障。

        電弧保護(hù)通常由主單元、電弧及過流檢測單元以及電弧傳感器組成。電弧傳感器可放置在開關(guān)設(shè)備的任何位置,根據(jù)電弧傳感器的實(shí)際物理位置可實(shí)現(xiàn)保護(hù)的分區(qū)功能,結(jié)合過流檢測單元的保護(hù)動(dòng)作信號,可提供有選擇性地切除各種復(fù)雜接線方式的母線保護(hù)。

        電弧光保護(hù)系統(tǒng)的故障切除總時(shí)間一般為80~100 ms,可有效避免設(shè)備受電弧危害而損壞。目前,在渭河、灞橋等電廠的高壓廠用系統(tǒng)中,電弧光保護(hù)系統(tǒng)已得到應(yīng)用,至今運(yùn)行情況良好。

        4 結(jié)論

        1)高壓廠用系統(tǒng)的安全運(yùn)行直接關(guān)系到整個(gè)電廠的安全可靠性,因此高壓廠用母線的保護(hù)配置至關(guān)重要。

        2)傳統(tǒng)的保護(hù)配置時(shí)限過長,致使故障延時(shí)切除存在很大安全隱患,建議對發(fā)電廠高壓廠用母線設(shè)置快速母線保護(hù),電弧光保護(hù)和級聯(lián)保護(hù)都是不錯(cuò)的選擇。

        [1] 李錦屏,郭錫玖,李英偉,等.發(fā)電廠高壓廠用分支限時(shí)速斷保護(hù)的研究[J].電力設(shè)備,2008,9(2):36 -38.

        [2] 董杰,黃生睿,劉全,等.電廠6 kV系統(tǒng)級聯(lián)保護(hù)方案[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與制,2010,38(15):147 -148.

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