陳劍光 朱昕原

（中國能源建設(shè)集團(tuán)江蘇省電力設(shè)計(jì)院有限公司，江蘇 南京211102）

0 引言

火力發(fā)電廠的廠用電系統(tǒng)是發(fā)電廠安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障，而高壓廠用電系統(tǒng)是整個(gè)廠用電系統(tǒng)的第一級(jí)電源系統(tǒng)，地位舉足輕重，一旦故障不僅會(huì)使發(fā)電廠無法穩(wěn)定工作甚至停機(jī)，引起嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)效益損失和不良的社會(huì)影響，還會(huì)損壞電氣設(shè)備，甚至給操作人員的生命帶來威脅。故本文對(duì)一起10kV 開關(guān)柜燒毀引發(fā)的事故進(jìn)行原因分析，并提出防范措施和建議，希望可避免和預(yù)防類似事故發(fā)生。

1 故障經(jīng)過

某日凌晨03：27：56.826，啟備變高壓側(cè)220kV 斷路器跳閘，10kV 備用進(jìn)線開關(guān)跳閘，同時(shí)集控室的電氣光字牌報(bào)警。

現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)故障發(fā)生在3機(jī)組10kV 備用進(jìn)線間隔（包含進(jìn)線斷路器及進(jìn)線PT），具體情況如下：PT 表面熏黑變形，A相PT 熔管燒斷，A、C 相有燒裂，B、C 相熔管有裂紋，熔絲完好；PT 室左右兩側(cè)側(cè)板嚴(yán)重?zé)龎淖冃?，有明顯燒蝕痕跡；支持絕緣子A 相有裂紋，三個(gè)支撐絕緣子燒壞，其靜觸頭完全融化掉落；PT 室二次線都被燒壞；斷路器室活門被燒壞，真空開關(guān)VD4極柱熏黑燒壞，機(jī)構(gòu)被熏黑?，F(xiàn)場(chǎng)加熱器投入，電纜孔封堵完好，柜體內(nèi)無異物，PT 二次接線正確，消諧電阻完好。

2 原因分析

2.1 繼電保護(hù)裝置動(dòng)作記錄及故障波形分析

10kV 開關(guān)保護(hù)動(dòng)作情況：過電流限時(shí)速斷保護(hù)和過流保護(hù)保護(hù)均動(dòng)作，但未能切除故障。

啟備變保護(hù)動(dòng)作情況：調(diào)用繼電保護(hù)裝置的記錄，情況如圖1、圖2所示。

從以上兩圖中可以看出，啟備變10kV 側(cè)短路故障分三個(gè)階段：階段一，A 相單相接地故障，在檢測(cè)到的故障初期，A 相電流為720A，B、C相電流為120A；階段二，經(jīng)過81ms后，A相電流急速上升至29kA，B相電流急速上升至25kA，C 相電流為120A，故障擴(kuò)大為AB 相間短路；階段三，再經(jīng)過10 ms后，A、B、C三相的短路電流均超過25kA，相間短路發(fā)展為三相短路故障，經(jīng)1.4s后跳啟備變各側(cè)斷路器。而10kV 側(cè)B相電流波形在發(fā)生三相短路故障1.1s后，發(fā)生嚴(yán)重畸形。

保護(hù)動(dòng)作情況：凌晨03：27：56.826，啟備變第一套保護(hù)發(fā)出復(fù)合電壓過電流保護(hù)跳閘啟動(dòng)信號(hào)，跳啟備變各側(cè)斷路器并觸發(fā)錄波；第二套保護(hù)發(fā)出差動(dòng)保護(hù)跳閘及復(fù)合電壓過電流保護(hù)跳閘啟動(dòng)信號(hào)，跳啟備變各側(cè)斷路器并觸發(fā)錄波。

圖1 前期三相故障電流波形

圖2 后期故障電流波形

保護(hù)動(dòng)作分析：從保護(hù)動(dòng)作的情況、時(shí)間及錄波波形可分析出啟備變保護(hù)裝置判斷10kV 側(cè)發(fā)生的故障為啟備變區(qū)外故障，變壓器主保護(hù)未動(dòng)作，而由變壓器后備保護(hù)動(dòng)作延時(shí)長達(dá)1.4s跳開故障點(diǎn)。第二套保護(hù)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作是因?yàn)?0kV側(cè)B相電流嚴(yán)重畸形后引起差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。

通過保護(hù)動(dòng)作時(shí)間和故障波形分析，還原出故障過程：（1）由于A 相銅排支撐絕緣子受外力破壞套裝產(chǎn)生裂紋，發(fā)生了單相接地故障，在開關(guān)柜背板上形成典型的電弧燒蝕痕跡。（2）AB相間絕緣被短路弧光破壞，故障未及時(shí)切除引起了AB相間故障。（3）受（1）及（2）弧光的影響，最終導(dǎo)致了ABC三相間的弧光短路，此時(shí)后備保護(hù)動(dòng)作，故障切除。故障過程如圖3所示。

2.2 故障原因分析

圖3 故障過程還原圖

10kV 開關(guān)柜故障引起的原因可能有如下幾種：PT 鐵磁諧振過電壓引起的熔絲熔斷乃至限流電阻爆炸事故；開關(guān)柜柜體設(shè)計(jì)不合理，內(nèi)部凝露導(dǎo)致的爆炸；長時(shí)間運(yùn)行導(dǎo)致設(shè)備老化引起的爆炸；各種絕緣破壞或絕緣下降引起的短路故障；柜體有異物進(jìn)入引起的短路故障；開關(guān)柜導(dǎo)體發(fā)熱或?qū)щ娀芈愤^熱引起的故障。

由于本工程的10kV 系統(tǒng)采用中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地，杜絕了鐵磁諧振的起諧條件，因此不可能發(fā)生PT 鐵磁諧振；故障時(shí)開關(guān)柜內(nèi)的加熱器處于運(yùn)行狀態(tài)，從而杜絕了凝露引起故障的可能；從爆炸后柜體內(nèi)部無異物（小動(dòng)物、鐵絲）等情況看也排除了異物引起的故障；該開關(guān)柜剛剛投運(yùn)1個(gè)月不到，因此也非設(shè)備老化引起的故障。

從故障起因來看，首先是10kV 開關(guān)柜的A 相發(fā)生了單相接地故障，結(jié)合開關(guān)柜現(xiàn)場(chǎng)損毀情況，最初故障點(diǎn)應(yīng)當(dāng)出現(xiàn)在A 相銅排支撐絕緣子處，其表面有細(xì)微的裂痕和絕緣損壞后引起的放電閃絡(luò)線。推測(cè)該支撐絕緣子在制造過程中表面和內(nèi)部可能存有微小缺陷，且PT 小車在推進(jìn)過程中沒有限位，只有兩個(gè)插銷在小車到位后進(jìn)行定位，經(jīng)過反復(fù)承受外力等作用，其受到機(jī)械應(yīng)力，然后發(fā)展出現(xiàn)龜裂，在PT 帶電運(yùn)行后，絕緣子逐漸出現(xiàn)局部放電，因電流很小，難以發(fā)現(xiàn)，使爬電一直存在，直至絕緣擊穿，發(fā)生單相接地故障，產(chǎn)生大電流，迅速發(fā)展為相間短路。

根據(jù)保護(hù)動(dòng)作情況及故障錄波情況來看，10kV 開關(guān)柜發(fā)生了單相接地后主保護(hù)未能及時(shí)動(dòng)作，導(dǎo)致故障進(jìn)一步擴(kuò)大，直至后備保護(hù)動(dòng)作才切除故障，由于保護(hù)裝置均能可靠動(dòng)作，排除了保護(hù)裝置本身故障的情況，因此只能是故障發(fā)生在主保護(hù)區(qū)外引起了故障的進(jìn)一步擴(kuò)大，從而導(dǎo)致10kV 開關(guān)柜爆炸。通過現(xiàn)場(chǎng)對(duì)10kV 開關(guān)柜柜體的檢查發(fā)現(xiàn)，故障發(fā)生處的PT 小車接線位置與設(shè)計(jì)圖紙有差別，具體如圖4所示。

圖4 設(shè)計(jì)與制造不一致的接線圖

設(shè)計(jì)圖紙中進(jìn)線PT 位于電流互感器下樁頭，當(dāng)PT 處發(fā)生短路時(shí)，啟備變差動(dòng)主保護(hù)瞬時(shí)動(dòng)作于變壓器各側(cè)斷路器跳閘。而實(shí)際制造的PT 位于電流互感器上樁頭，當(dāng)PT 處發(fā)生短路時(shí)，啟備變差動(dòng)主保護(hù)不會(huì)動(dòng)作，10kV 斷路器保護(hù)也無法切除故障，故障進(jìn)一步擴(kuò)大，最終經(jīng)1.4s的長延時(shí)，由變壓器復(fù)壓過流后備保護(hù)動(dòng)作切除故障。

3 改進(jìn)措施

為加快恢復(fù)生產(chǎn)，根據(jù)故障原因，提出了如下改進(jìn)措施：

（1）將4號(hào)機(jī)組兩臺(tái)進(jìn)線柜調(diào)至3號(hào)機(jī)組進(jìn)行安裝，恢復(fù)電源供電。

（2）開關(guān)柜廠將PT 位置設(shè)置安裝在差動(dòng)保護(hù)區(qū)內(nèi)，PT 小車要在工作位置設(shè)立限位裝置，以減小PT 小車在推進(jìn)時(shí)對(duì)支撐絕緣子的撞擊力。

（3）開關(guān)柜廠將進(jìn)線PT 室裸露銅排加裝絕緣材料。

（4）對(duì)所有進(jìn)線開關(guān)柜的支撐絕緣子進(jìn)行表面損傷、裂紋檢查。

（5）加強(qiáng)對(duì)運(yùn)行人員的操作要求，在操作PT 小車時(shí)用力要均勻，平穩(wěn)地將小車推入至工作位置，不得兩人同時(shí)共同推小車，防止用力過猛，造成撞擊。

4 結(jié)語

本文通過對(duì)一起10kV 開關(guān)柜故障損毀事故的分析，意在喚起設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行各方的注意，避免同類型故障再次發(fā)生。只有設(shè)計(jì)可靠合理，制造細(xì)致用心，運(yùn)行規(guī)范文明，一起共同關(guān)注10kV 開關(guān)柜的各個(gè)環(huán)節(jié)，才能確保10kV 開關(guān)柜的安全穩(wěn)定運(yùn)行，從而確保電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。

［1］水利電力部西北電力設(shè)計(jì)院.電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)：電氣一次部分［M］.北京：中國電力出版社，1989.

［2］陳龍.兩起10kV 開關(guān)柜故障引發(fā)的思考［C］//2011年云南電力技術(shù)論壇論文集（入選部分）.2011.

［3］李銳騰，杜松懷，蘇娟，等.一起10kV 環(huán)網(wǎng)柜故障分析［J］.機(jī)電信息，2015（12）：55－56.

［4］韋科迪.淺析10kV 高壓開關(guān)柜故障原因及防范措施［J］.機(jī)電信息，2012（15）：92－93.

［5］王一豐.電力高壓開關(guān)柜絕緣事故原因分析及對(duì)策探討［J］.科技傳播，2013（18）：64－65.