馮樂(lè)，陳飛虎，馬生偉，張軍峰

(陜西北元化工集團(tuán)股份有限公司，陜西 榆林 719319)

【環(huán)保與安全】

電纜頭擊穿導(dǎo)致全廠失電事故原因及防范措施

馮樂(lè)*，陳飛虎，馬生偉，張軍峰

(陜西北元化工集團(tuán)股份有限公司，陜西 榆林 719319)

整流；主變壓器；繼電保護(hù)；電力系統(tǒng)；備用電源

全面調(diào)查分析了一起主變35 kV電纜頭擊穿接地導(dǎo)致全廠失電事故，從日常維護(hù)管理、繼電保護(hù)、應(yīng)急處置等各個(gè)方面分析了供電系統(tǒng)存在的對(duì)繼電保護(hù)裝置運(yùn)行及維護(hù)管理不到位、繼電保護(hù)配置不完善、后備繼電保護(hù)配置不合理等不足，并提出了更換個(gè)別進(jìn)線電纜、整改繼電保護(hù)、提高電氣運(yùn)行人員應(yīng)急處置能力、加強(qiáng)日常巡檢和維護(hù)工作等防范措施。

陜西北元化工集團(tuán)股份有限公司化工分公司PVC二分廠(以下簡(jiǎn)稱“北元化工PVC二分廠”)作為集團(tuán)公司110萬(wàn)t/a聚氯乙烯項(xiàng)目的包裝區(qū)域，電力系統(tǒng)采用35 kV雙電源供電方式，化熱3526線路為常用電源。一路電源來(lái)自集團(tuán)公司自備電廠35 kV母線，另一路電源來(lái)自附近的亞華熱電廠35 kV母線，分別為北亞3532、北亞3531線路，作為備用電源。兩路電源均安裝了無(wú)擾動(dòng)自動(dòng)切換裝置。當(dāng)常用電源失電后，系統(tǒng)可以自動(dòng)切換至備用電源供電。但本次事故就是在無(wú)擾動(dòng)自動(dòng)切換裝置將電源切換后，導(dǎo)致了北元化工PVC二分廠全廠失電事故。

1 事故經(jīng)過(guò)

1.1 事故前電氣系統(tǒng)運(yùn)行方式

北元化工PVC二分廠電氣主接線圖如圖1所示?；療?526開關(guān)、1#主變3501開關(guān)、北亞Ⅱ3532開關(guān)處于運(yùn)行狀態(tài)，1#主變帶10 kV的Ⅰ、Ⅱ段母線運(yùn)行；北亞3531開關(guān)、2#主變3502開關(guān)、35 kV母聯(lián)3500開關(guān)處于熱備用狀態(tài)，35 kV無(wú)擾動(dòng)自動(dòng)切換裝置投入運(yùn)行，2#主變熱備用。

圖1北元化工PVC二分廠電氣主接線圖

Fig.1DrawingofmainelectricalwiringatPVCNo.2BranchofBeiyuanChemical

1.2 事故過(guò)程

2017年5月16日5：48，北元化工PVC二分廠化熱3526進(jìn)線失電，35 kV的Ⅰ段母線失電，35 kV進(jìn)線無(wú)擾動(dòng)自動(dòng)切換裝置動(dòng)作35 kV母聯(lián)開關(guān)3500合閘，全廠負(fù)荷由化熱3526線路切換至亞華熱電北亞3532線路運(yùn)行；電網(wǎng)電壓波動(dòng)，導(dǎo)致北元化工PVC二分廠部分設(shè)備跳停。5：50，電氣運(yùn)行值班人員檢查發(fā)現(xiàn)：化熱3526開關(guān)處于分閘狀態(tài)，1#主變處于運(yùn)行狀態(tài)，高壓側(cè)A相電纜頭處于放電狀態(tài)。5：52，電氣運(yùn)行值班人員準(zhǔn)備切換2#主變時(shí)，1#主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳閘，同35 kV母聯(lián)開關(guān)3500速斷保護(hù)跳閘，導(dǎo)致北元化工PVC二分廠全廠失電，系統(tǒng)停車；又由于北元化工PVC二分廠1#主變A相電纜頭絕緣擊穿接地故障未及時(shí)切除，造成亞華熱電35 kV系統(tǒng)B、C相相電壓升高至線電壓，導(dǎo)致亞華熱電2#主變35 kV側(cè)電纜頭B相絕緣擊穿接地，引起2#主變差動(dòng)保護(hù)跳閘、2#發(fā)電機(jī)停機(jī)。

2 事故原因分析

2.1 電纜頭故障原因分析

對(duì)電纜接頭解體檢查發(fā)現(xiàn)，故障點(diǎn)處于電纜頭應(yīng)力管位置，表面存在明顯的燒穿孔洞。

依次除去金屬鎧裝層、絕緣層和銅屏蔽層，可以看到A相的主絕緣完全被擊穿，銅芯燒熔(該燒熔點(diǎn)應(yīng)為故障的短路位置)。

根據(jù)故障電纜頭解體檢查情況，認(rèn)為導(dǎo)致該熱縮式電纜頭擊穿的原因主要有以下3個(gè)方面。

(1) 制作電纜頭過(guò)程中應(yīng)力管位置不對(duì)，應(yīng)力管的作用就是疏散應(yīng)力。

如果應(yīng)力位置放錯(cuò)，斷口處的應(yīng)力得不到疏散，導(dǎo)致長(zhǎng)期電纜頭運(yùn)行過(guò)程中應(yīng)力管與屏蔽層接觸不良，長(zhǎng)期發(fā)熱放電燒壞電纜主絕緣，最終導(dǎo)致了電纜銅導(dǎo)線與屏蔽層短路。

(2) 電纜頭制作工藝粗糙。

在剝離屏蔽層、外半導(dǎo)電層時(shí)，未按照工藝標(biāo)準(zhǔn)的尺寸進(jìn)行剝離，外半導(dǎo)電層和絕緣體末端未倒角，絕緣體表面有刀痕且未打磨光滑，硅脂未均勻涂抹在絕緣體表面等因素誘發(fā)電纜頭絕緣擊穿。

(3) 本地區(qū)晝夜溫差比較大，熱縮電纜附件不能和電纜的熱脹冷縮同步，導(dǎo)致電纜和附件之間存在間隙，為事故的發(fā)生埋下了隱患。

2.2 日常運(yùn)行管理情況分析

(1) 北元化工PVC二分廠在2016年3月曾經(jīng)發(fā)生過(guò)1#主變35 kV進(jìn)線電纜頭絕緣擊穿事故，但是由于重視程度不夠，電纜頭制作工藝不良，未能徹底解決故障隱患，并且由于北元化工PVC二分廠電氣專業(yè)對(duì)1#主變35 kV進(jìn)線電纜的日常巡檢和維護(hù)管理不到位，未及時(shí)發(fā)現(xiàn)電纜頭運(yùn)行過(guò)程中存在的隱患。

(2) 北元化工PVC二分廠電氣專業(yè)事故應(yīng)急處置方案不完善，電氣運(yùn)行人員對(duì)事故應(yīng)急處置方案也不熟悉，導(dǎo)致電氣運(yùn)行值班人員在本次事故中應(yīng)急處置措施不當(dāng)。當(dāng)運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)1#主變電纜頭絕緣擊穿放電時(shí)，正確的處置措施應(yīng)該是第一時(shí)間切除故障點(diǎn)，將1#主變及時(shí)停運(yùn)，并及時(shí)投入2#主變運(yùn)行。而本次事故中，電氣運(yùn)行值班員卻預(yù)想先投入2#主變帶全廠負(fù)荷運(yùn)行，確保全廠供電正常后，再停運(yùn)1#主變，導(dǎo)致了1#主變電纜頭單相擊穿接地故障發(fā)展擴(kuò)大為兩相弧光短路故障，造成了事故的進(jìn)一步擴(kuò)大。如果此次事故再進(jìn)一步擴(kuò)大，就有可能燒毀1#主變壓器，那就更加得不償失了。

2.3 繼電保護(hù)方面情況分析

(1) 北元化工PVC二分廠對(duì)繼電保護(hù)裝置運(yùn)行及維護(hù)管理不到位，1#主變差動(dòng)保護(hù)不滿足靈敏性和可靠性要求，在出現(xiàn)1#主變35 kV A相電纜頭絕緣擊穿接地故障后，不能夠快速可靠地動(dòng)作，斷開主變高、低壓側(cè)開關(guān)，將1#主變進(jìn)行隔離，導(dǎo)致1#主變35 kV電源切換至備用電源北亞3532線路后，主變繼續(xù)運(yùn)行，電纜頭擊穿接地故障仍然存在，并進(jìn)一步擴(kuò)大；同時(shí)，造成亞華熱電廠35 kV系統(tǒng)接地。

(2) 繼電保護(hù)配置不完善，北元自備電廠化熱3526線路出線開關(guān)配置了零序電流保護(hù)，而北元化工PVC二分廠1#主變35 kV進(jìn)線開關(guān)未配置零序電流保護(hù)。

當(dāng)1#主變35 kV進(jìn)線A相電纜頭擊穿接地，系統(tǒng)存在零序電流時(shí)，1#主變35 kV進(jìn)線3501開關(guān)未能跳閘，而化熱3526線路開關(guān)零序電流保護(hù)首先動(dòng)作跳閘，導(dǎo)致北元化工PVC二分廠35 kV供電3526線路電源側(cè)失電，35 kV無(wú)擾動(dòng)自動(dòng)切換裝置啟動(dòng)，將電源切換至亞華熱電北亞3532備用電源供電后，1#主變帶故障點(diǎn)繼續(xù)運(yùn)行。

(3) 檢查發(fā)現(xiàn)1#主變升高后，后備繼電保護(hù)配置不合理，過(guò)流I段保護(hù)未投入。所以，當(dāng)1#主變35 kV進(jìn)線A相電纜頭擊穿接地故障發(fā)展為短路故障時(shí)，1#主變升高后，后備3501開關(guān)未動(dòng)作跳閘，最終導(dǎo)致35 kV母聯(lián)開關(guān)3500速斷保護(hù)動(dòng)作跳閘。

3 防范措施[1]

3.1 更換個(gè)別進(jìn)線電纜，確保電纜頭制作工藝良好

更換1#主變35 kV 進(jìn)線電纜，采購(gòu)質(zhì)量較好的電纜頭附件，并確保電纜頭制作工藝良好。

1#主變35 kV 進(jìn)線電纜使用年限較長(zhǎng)，絕緣材料可能受潮，并且連續(xù)出現(xiàn)兩次擊穿故障，其銅屏蔽層導(dǎo)電性能下降。因此，更換電纜后，須重新使用質(zhì)量較好的電纜頭附件，并在確保制作工藝良好的情況下，方可徹底解決電纜頭擊穿故障隱患。

3.2 整改繼電保護(hù)，確保繼電保護(hù)可靠動(dòng)作

(1) 重新整定1#主變差動(dòng)保護(hù)定值，并投入1#主變過(guò)流I段保護(hù)，確保1#主變差動(dòng)保護(hù)和過(guò)流I段保護(hù)可靠動(dòng)作。

(2) 給1#主變35 kV進(jìn)線配置零序電流保護(hù)。

(3) 定期做繼電保護(hù)試驗(yàn)，確保各項(xiàng)保護(hù)動(dòng)作靈敏可靠。

3.3 提高電氣運(yùn)行人員應(yīng)急處置能力

將35 kV無(wú)擾動(dòng)自動(dòng)切換裝置暫時(shí)退出運(yùn)行，完善全廠失電事故應(yīng)急處置方案，提高電氣運(yùn)行人員應(yīng)急處置能力。

(1) 當(dāng)北元化工自備電廠化熱3526電源側(cè)失電，導(dǎo)致北元化工PVC二分廠全廠失電，并且1#主變及其負(fù)荷側(cè)沒(méi)有故障時(shí)，手動(dòng)合上35 kV母聯(lián)開關(guān)3500，將北亞3532或北亞3531備用電源投入，帶1#主變運(yùn)行。

(2) 當(dāng)北元化工PVC二分廠35 kV的Ⅰ段母線或主變故障，導(dǎo)致其全廠失電后，應(yīng)及時(shí)投入2#主變，帶全廠負(fù)荷運(yùn)行。嚴(yán)禁合35 kV母聯(lián)開關(guān)3500，將備用電源再次投入到故障點(diǎn)運(yùn)行。

3.4 加強(qiáng)日常巡檢和維護(hù)工作

加強(qiáng)對(duì)電纜頭的運(yùn)行和維護(hù)管理。

(1)利用紅外成像檢測(cè)儀定期測(cè)量電纜頭運(yùn)行溫度，并與同期數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，發(fā)現(xiàn)溫度變化時(shí)，及時(shí)跟蹤處理。

(2)運(yùn)行人員在巡視過(guò)程中應(yīng)該重點(diǎn)檢查電纜頭各相間及相對(duì)地是否發(fā)現(xiàn)電暈及是否聽(tīng)到放電聲。發(fā)現(xiàn)隱患，應(yīng)及時(shí)處理，提高電纜頭安全運(yùn)行檢測(cè)水平，以防同類事故再次發(fā)生。

4 結(jié)語(yǔ)

目前我國(guó)110 kV及以上的系統(tǒng)中性點(diǎn)采取直接接地；而35 kV及以下的系統(tǒng)為了保障供電的可靠性，中性點(diǎn)經(jīng)常采取不接地方式。當(dāng)電纜線路發(fā)生擊穿接地時(shí)，不構(gòu)成短路回路，接地相電流較小，利用繼電保護(hù)很難實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切除這類故障，經(jīng)常會(huì)因?yàn)殡娎|接地故障繼而引發(fā)電纜著火事故。其實(shí)，在電纜使用較多、系統(tǒng)容性電流大的35 kV電力系統(tǒng)中，可以采取中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地方式，并給電纜線路配置零序電流保護(hù)，以檢測(cè)和預(yù)防電纜擊穿接地故障。這將大大提高電纜線路的運(yùn)行水平。

[1] 丁丁，瞿衛(wèi)東，陸忠心，等.一起35 kV變電站中性點(diǎn)空氣擊穿事故分析與防范措施[J].陜西電力,2014,42(7)：80-82.

Causesofentirefactorypowerfailurecausedbycableheadbreakdownandpreventivemeasures

FENGYue,CHENFeihu,MAShengwei,ZHANGJunfeng

(Shaanxi Beiyuan Chemical Industry Group Co., Ltd., Yulin 719319, China)

rectifier; main transformer; relay protection; power system; standby power supply

A 35-kV cable head of main transformer broke down and grounded, leading to an accident of entire factory power failure. The accident was investigated and analyzed thoroughly. The power supply system was analyzed from the aspects of routine maintenance management, relay protection, emergency disposal, etc., and was found to have such shortcomings as inadequate running and maintenance of relay protection device, imperfect configuration of relay protection, and unreasonable configuration of backup relay protection. Preventive measures were proposed, including replacement of individual incoming cables, upgrade of relay protection, improvement in electrical operators’ emergency response ability, reinforcement of routine inspection and maintenance.

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馮樂(lè)(1985—)，男，電氣工程師，2009年畢業(yè)于榆林學(xué)院電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)，現(xiàn)任陜西北元化工集團(tuán)有限公司生產(chǎn)技術(shù)部電氣管理專員，負(fù)責(zé)熱電、化工、水泥、電石等4個(gè)分、子公司電力系統(tǒng)的運(yùn)行、維護(hù)、改造等監(jiān)管工作。

2017-08-18

X781.2

B

1008-133X(2017)09-0035-03

[編輯：費(fèi)紅麗]