斷路器引起開關(guān)柜燃爆事故原因分析

重慶市能源投資集團(tuán)清潔能源有限公司 戴旭東

長灘河水電廠機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電，發(fā)生機(jī)構(gòu)性非同期二次合閘，導(dǎo)致機(jī)組出口斷路器開關(guān)柜及真空斷路器燒毀。事故原因是安裝單位擅自改接斷路器本體控制線路，此外，斷路器制造廠家出廠調(diào)試和現(xiàn)場調(diào)試不到位，導(dǎo)致合閘掣子打滑，斷路器控制回路防跳功能存在缺陷未發(fā)揮作用而最終導(dǎo)致設(shè)備的損壞。

水電站；真空斷路器；防跳回路；非同期合閘

0 引言

重慶市長灘河水電廠位于重慶市長江一級支流長灘河中上游河段，本電站為引水式電站，是以發(fā)電為主，兼顧防洪、旅游等綜合利用的水電工程。裝設(shè)3臺單機(jī)容量為44 MW的立軸混流式水輪發(fā)電機(jī)組，電氣主接線采用單元及擴(kuò)大單元方式。

2013年8月26日13∶30∶03 重慶市長灘河水電廠2號機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電，帶負(fù)荷40 MW，13∶31∶44發(fā)生開關(guān)柜燒損事故，2號機(jī)斷路器開關(guān)柜及真空斷路器燒毀（下稱“8·26”事故）。

1 事故簡述

1.1 事故前的狀態(tài)

由2號廠變帶全廠廠用電，1號機(jī)組帶40 MW負(fù)荷正常運(yùn)行，2號機(jī)組13∶30并網(wǎng)，帶40 MW負(fù)荷正常運(yùn)行；3號機(jī)組處于開機(jī)過程中正在開蝶閥狀態(tài)（之前三臺機(jī)組向市調(diào)申請一周的檢修時間，同期裝置廠技術(shù)人員、電廠電氣責(zé)、點(diǎn)檢員共同對3臺機(jī)組檢查完同期參數(shù)與試驗(yàn)）。

1.2 事故發(fā)生

圖1 斷路器控制設(shè)計圖（藍(lán)圖）

1.2.1 接到市調(diào)令開3號機(jī)組后，正處于開3號機(jī)主閥操作過程中。13時31分44秒突然聽見一聲巨響并看見發(fā)電機(jī)層出現(xiàn)一道閃光；同時，中控室靜電地板明顯震動；1號機(jī)、2號機(jī)下位機(jī)和上位機(jī)通訊中斷，上位機(jī)無法對1號機(jī)、2號機(jī)進(jìn)行操作。

1.2.2 同時2號機(jī)發(fā)失磁保護(hù)發(fā)信，2號機(jī)出口斷路器跳閘（2號主變保護(hù)聯(lián)跳），2號主變高壓側(cè)斷路器202事故跳閘（2號主變低壓側(cè)過流保護(hù)Ⅰ時限動作），全廠廠用電源中斷；事故應(yīng)急電源啟動，事故照明供電正常。

1.2.3 2號機(jī)出口高壓開關(guān)柜著火燃燒，濃煙滾滾。

1.2.4 2號機(jī)出口斷路器跳閘后，調(diào)速器導(dǎo)葉開度為17%，2號機(jī)組的滅磁開關(guān)未跳，1號機(jī)組、2號機(jī)組的勵磁屏柜報綜合報警。

1.2.5 中控室的直流系統(tǒng)報出Ⅰ段Ⅱ段母線絕緣故障，Ⅱ段母線支路絕緣、負(fù)母線絕緣降低，Ⅰ段母線負(fù)饋線電壓欠壓。

2.2.6 2號主變高壓側(cè)斷路器（202）B相、C相的控制柜門被爆開。

2.2.7 2號機(jī)蝶閥全開，3號機(jī)蝶閥開度65%。

2 事故現(xiàn)場處理

2.1 生產(chǎn)部現(xiàn)場人員對開關(guān)柜開展滅火及其它應(yīng)急處置。

圖2 斷路器控制世界接線圖（合閘過程1）

2.2 中控值班員向市調(diào)匯報蓋下壩水電站2號機(jī)組出口斷路器事故情況，同時報告該電廠領(lǐng)導(dǎo)。

2.3 向市調(diào)申請2號主變轉(zhuǎn)冷備用狀態(tài)，得到市調(diào)的同意。

2.4 逐步恢復(fù)廠用電 、直流、通訊等各分系統(tǒng)。

3 事故現(xiàn)場勘察

事故發(fā)生后，各參建單位及設(shè)備制造廠家先后到達(dá)現(xiàn)場對事故現(xiàn)場進(jìn)行了勘察取證。事故造成斷路器開關(guān)柜整體燒蝕變形，內(nèi)部嚴(yán)重熔毀不能再次使用，開關(guān)柜需更換。

現(xiàn)場拆卸運(yùn)回制造廠進(jìn)行恢復(fù)、裝配、試驗(yàn)；根據(jù)事故處理會議意見，該電廠委托試驗(yàn)單位對電廠斷路器開關(guān)柜、機(jī)組進(jìn)行全面的檢查和絕緣試驗(yàn)（1 min工頻42 kV試驗(yàn)）、斷路器的機(jī)械特性試驗(yàn)、開關(guān)柜的主回路電阻試驗(yàn)。2號發(fā)電機(jī)作絕緣測試、零起升壓等試驗(yàn)、對封閉母線和主變的沖擊損傷作絕緣試驗(yàn)，來確定其是否有沖擊損傷，全面鑒定主設(shè)備狀況。

4 事故分析

“8·26”事故后，該電廠組織內(nèi)部技術(shù)人員、調(diào)試單位專家、業(yè)內(nèi)專家、參建單位工程技術(shù)人員，調(diào)取保護(hù)、監(jiān)控、故障錄波、運(yùn)行記錄等詳細(xì)數(shù)據(jù)記錄、高壓試驗(yàn)、模擬動作試驗(yàn)、回路查找和分析，初步判斷為真空斷路器本體機(jī)械故障，合閘回路存在設(shè)計隱患，以及防跳回路k1接點(diǎn)被拆除造成。具休情況如下：

4.1 障錄波信息

4.1.1 “8·26”事故故障錄波信息

（1）2013年8月26日13時31分44.4273秒2號發(fā)電機(jī)C相接地，A、B相電壓升高；

（2）2013年8月26日13時31分44.4289秒2號發(fā)電機(jī)C相接地，B相非金屬性接地，A相電壓升高；

圖3 斷路器控制世界接線圖（合閘過程3）

（3）22013年8月26日13時31分44.6161秒2號發(fā)電機(jī)B、C相接地短路，A相電壓升高。

（4）2013年8月26日13時31分46.4647秒2號發(fā)電機(jī)三相短路。

4.2 二次合閘試驗(yàn)及錄像

電廠技術(shù)人員現(xiàn)場對3號機(jī)斷路器作模擬試驗(yàn)，并錄像。試驗(yàn)共分合46次，國外著名品牌斷路器本體接收到合閘脈沖后，其中3次斷路器合閘啟動但未合閘到位，儲能彈簧釋能，斷路器本體內(nèi)部的合閘線圈一直處于勵磁狀態(tài)，儲能電機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài)，持續(xù)約7～8S后，彈簧重新儲能完成，斷路器再次合上，合閘繼電器失電，儲能電機(jī)啟動儲能，為下次啟合閘啟動作準(zhǔn)備。分析斷路器動作過程與故障錄波圖形吻合。判定斷路器時有機(jī)械故障，合閘位不能保持。

4.3 合閘回路圖紙分析

4.3.1 設(shè)計圖（藍(lán)圖）合閘回路串入彈簧儲能接點(diǎn)S3、2個本體防跳繼電器k1常閉接點(diǎn)、1個斷路器位置轉(zhuǎn)換開關(guān)常閉接點(diǎn)S1、合閘線圈F2。合閘時防跳回路與合閘回路同時得電，可能導(dǎo)致，合閘不成功，即使合閘成功后因合閘自保持原因，不能再次合閘（見圖1）。

圖4 斷路器控制實(shí)際接線圖（第二次合閘原因分析）

4.3.2 實(shí)際接線中斷路器本體防跳繼電器線圈接點(diǎn)A1點(diǎn)未接線，即斷路器本體防跳回路被取消。本體合閘回路串入1個本體防跳繼電器k1常閉接點(diǎn)、1個斷路器位置轉(zhuǎn)換開關(guān)常閉接點(diǎn)S1、斷路器操作手柄位置接點(diǎn)S12、合閘線圈Y9。合閘命令發(fā)出后，圖中紅線部分帶電，斷路器合閘。合閘完成后，斷路器位置轉(zhuǎn)換開關(guān)常閉觸點(diǎn)S1斷開，HBJ繼電器線圈無電流通過，自保持觸點(diǎn)HBJ返回；合閘線圈Y9失電。確保合閘線圈Y9不長時間帶電而燒毀。斷路器位置轉(zhuǎn)換開關(guān)常開觸點(diǎn)S1閉合，跳閘監(jiān)視回路完整，為保護(hù)和手動跳閘作準(zhǔn)備（見圖2）。

4.3.3 因機(jī)械故障斷路器合閘線圈首次受電啟動不成功，合閘彈簧經(jīng)過7～8 s儲能完畢后再次啟動的原因?yàn)椋菏状魏祥l不成功，斷路器跳閘時間（35 ms）少于合閘命令發(fā)出的時間（大于125 ms），斷路器位置轉(zhuǎn)換開關(guān)常閉接點(diǎn)S1立即返回，操作箱的合閘保持繼電器動作常開接點(diǎn)HBJ閉合，合閘電源通過合閘保持繼電器電流啟動線圈HBJ及TBJU常閉觸點(diǎn)、防跳繼電器k1常閉接點(diǎn)、斷路器位置轉(zhuǎn)換開關(guān)常閉接點(diǎn)S1、斷路器操作手柄位置接點(diǎn)S12，加有能夠啟動合閘線圈Y9的電壓，合閘彈簧儲能完成后，合閘線圈啟動，出現(xiàn)第二次合閘。由于第二次合閘時未檢測同期，屬非同期合閘，有遠(yuǎn)超額定電流（故障錄波中顯示最大沖擊電流為額定電流的4.4倍）的沖擊電流產(chǎn)生，對水輪發(fā)電機(jī)機(jī)組和一次設(shè)備造成損傷（見圖3）。

圖5 斷路器控制狀態(tài)

4.3.4 第二次合閘原因分析：合閘命令發(fā)出至合閘線圈Y9得電動作，彈簧失能，斷路器合閘合閘回路（紅色部分）中位置轉(zhuǎn)換開關(guān)常閉觸點(diǎn)S1（藍(lán)色）斷開，回路失電、斷路器頂板滑脫，35 ms內(nèi)斷路器分開、斷路器合閘合閘回路（紅色部分）中位置轉(zhuǎn)換開關(guān)常閉觸點(diǎn)S1（藍(lán)色）返回（斷路器同期合閘脈沖為125 ms/手動合閘時間大于500 ms，合閘命令仍然存在），HBJ線圈有電流通過，自保持接點(diǎn)HBJ合閘回路（紅色部分）帶電，因合閘線圈帶電，合閘鐵芯一直處于頂住脫扣器，待儲能彈簧經(jīng)7～8 s后儲能完畢，發(fā)生第二次合閘，因第二次合閘未經(jīng)同期檢測，極有可能發(fā)生非同期合閘。

5 事故原因

5.1 安裝單位接線時，在未征得監(jiān)理、設(shè)計單位、設(shè)備廠家及業(yè)主同意，以慣性思維（未料到斷路器存機(jī)械故障），因設(shè)計原圖缺陷，而擅自改接斷路器本體控制線路。

5.2 斷路器制造廠家出廠調(diào)試和現(xiàn)場調(diào)試不到位，導(dǎo)致合閘掣子打滑，存在機(jī)械故障，為第二次合閘埋下隱患。

5.3斷路器控制回路設(shè)計存在隱患，防跳回路未發(fā)揮作用。

6 完善設(shè)計及本體接線和機(jī)械調(diào)試

6.1 重新定制開關(guān)柜，更換斷路器、隔離刀閘，并按規(guī)范要求作試驗(yàn)合格。

6.2 根據(jù)設(shè)計院提供的控制線路改接方案，對本臺及其它存在同樣問題的斷路器改接斷路器控制線路，并作防跳試驗(yàn)合格。

6.3 對本臺及其它存在同樣問題的斷路器，機(jī)械部分作現(xiàn)場調(diào)試，并經(jīng)多次試驗(yàn)合格。

7 結(jié)語

該非同期合閘事故造成重大損失、后果嚴(yán)重，對同行業(yè)應(yīng)有警示和啟發(fā)。工程項(xiàng)目安裝調(diào)試階段不能想當(dāng)然，遇事應(yīng)認(rèn)真研究，拿出參建各方認(rèn)同的解決方案，再付諸實(shí)施。