[宜家購物中心(中國)管理有限公司, 上海 200235]

0 引 言

無錫宜家購物中心在開業(yè)3年多后因400 V一租戶回路配電母線槽相間短路,引起10 kV高壓母線進(jìn)線開關(guān)無選擇性保護(hù)跳閘,導(dǎo)致此10 kV母線段所帶的3#,5#變電站及高壓冷機(jī)全部失電,引起購物中心較大面積停電。所幸及時(shí)找到故障原因和故障點(diǎn),大面積范圍的停電在1 h左右恢復(fù);同時(shí)通過現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)采用臨時(shí)措施,使故障回路所帶的9家租戶在停電事故發(fā)生后10 h全部恢復(fù)供電。隨后重制的母線20天后運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng),安裝調(diào)試完畢后恢復(fù)正常供電。

1 電氣停電事故的應(yīng)急處理

1.1 停電事故報(bào)告及其范圍確認(rèn)

1.1.1 停電事故報(bào)告

2017年11月某天110 kV變電站電氣值班人員通報(bào)10 kV開閉所4#進(jìn)線總開關(guān)HD1柜有異常斷電報(bào)警,同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)人員報(bào)告購物中心的B1、B2和C區(qū)的部分區(qū)域停電。

1.1.2 停電涉及電氣系統(tǒng)

電氣值班人員立即到該10 kV進(jìn)線柜所在的高電壓配電室進(jìn)行排查。

(1) 高壓配電室開關(guān)狀態(tài)。4#總進(jìn)線高壓開關(guān)HD1柜及出線開關(guān)HD4柜(供5#變電所5TB變壓器)的開關(guān)面板上跳閘指示燈和報(bào)警指示燈亮起,顯示屏顯示跳閘報(bào)警;出線開關(guān)HD3柜(供3#變電所3TB變壓器)及出線開關(guān)HD5柜(供10 kV制冷機(jī))的開關(guān)面板上跳閘指示燈亮。

(2) 低壓配電室開關(guān)狀態(tài)。3#變電所3TB變壓器低壓側(cè)出線開關(guān)分閘不報(bào)警;5#變電所5LB4租戶餐飲動(dòng)力柜二的開關(guān)跳閘且報(bào)警;其他開關(guān)分閘均沒有報(bào)警。

1.2 應(yīng)急處理措施

及時(shí)啟動(dòng)停電應(yīng)急預(yù)案,其處理方法和步驟如下。

1.2.1 通知停電涉及專業(yè)

根據(jù)開關(guān)柜上開關(guān)的狀態(tài),可以確定故障涉及哪些區(qū)域和設(shè)備范圍。然后發(fā)停電通知至相關(guān)專業(yè),要求安排相關(guān)人員將用電設(shè)備配電開關(guān)切換至分閘狀態(tài),將控制開關(guān)切換至手動(dòng)狀態(tài)。

1.2.2 故障回路確認(rèn)

(1) 根據(jù)高低壓配電室開關(guān)柜上開關(guān)的分閘狀態(tài),可以初步鎖定5#變電站5LB4餐飲動(dòng)力柜為故障回路。

(2) 對(duì)故障報(bào)警開關(guān)的出線母線槽和下屬負(fù)載進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn):5#變電所外后通道有燒焦味,跟蹤發(fā)現(xiàn)5LB4租戶餐飲動(dòng)力柜出線母線槽有一個(gè)接頭(連接器)處下蓋板缺失,接頭處有燒灼痕跡,通過進(jìn)一步檢查確定此處為短路故障點(diǎn)?，F(xiàn)場(chǎng)照片如圖1所示。

圖1 短路母線槽現(xiàn)場(chǎng)照片

因此,可以確認(rèn)電氣故障點(diǎn)是5#變電所5LB4租戶餐飲配電出線母線槽,為短路保護(hù)動(dòng)作跳閘。

1.2.3 將故障回路退出電力系統(tǒng)

將故障抽屜柜5LB4租戶餐飲動(dòng)力柜的開關(guān)搖出且掛牌上鎖,此回路退出電氣系統(tǒng)。

1.2.4 合閘非故障回路

將非故障回路合閘,順序?yàn)閺母邏憾说降蛪憾?具體操作如下:

(1) 10 kV開閉所:先對(duì)HD1柜4#進(jìn)線總開關(guān)進(jìn)行合閘操作,隨后合閘HD3開關(guān),3#變電所3TB變壓器出線,合閘HD4開關(guān),5#變電所5TB變壓器出線,合閘HD5開關(guān),10 kV制冷機(jī)(四)出線。

(2) 低壓變電站:將3#變電所3TB變壓器出線側(cè)低壓開關(guān)進(jìn)行合閘操作,恢復(fù)正常供電,B1區(qū)商戶恢復(fù)供電。同時(shí)將5#變電所5TB變壓器低壓出線開關(guān)合閘(故障開關(guān)除外),B2區(qū)租戶恢復(fù)供電,C區(qū)部分租戶恢復(fù)供電。

1.2.5 通知相關(guān)專業(yè)恢復(fù)供電

通知相關(guān)專業(yè)對(duì)有關(guān)設(shè)備進(jìn)行合閘操作,以恢復(fù)設(shè)備供電。為避免電機(jī)同時(shí)起動(dòng),采取手動(dòng)合閘方式。

1.2.6 對(duì)故障線路采取應(yīng)急措施

通知400 V變電所維保搶修人員盡快趕到現(xiàn)場(chǎng)對(duì)事故現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行勘察,并分析事故原因。同時(shí)通過檢查平時(shí)該回路的運(yùn)行負(fù)荷值,確定用銅排固定多拼電纜來代替故障母線槽作為臨時(shí)供電方案。

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)替代用電纜規(guī)格和連接用銅排規(guī)格尺寸,立即將這些臨時(shí)搶修材料(銅排、電纜)的規(guī)格數(shù)據(jù)發(fā)往工廠進(jìn)行加工,加工后搶修材料運(yùn)達(dá)現(xiàn)場(chǎng)并進(jìn)行安裝。

臨時(shí)供電設(shè)施安裝完畢后對(duì)其進(jìn)行絕緣檢測(cè),顯示正常。然后合閘5#變電所5LB4租戶餐飲動(dòng)力出線回路開關(guān),至此所有停電的區(qū)域均恢復(fù)供電。

1.3 正式配電線路恢復(fù)

原母線槽供應(yīng)商到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘查和分析故障原因?？辈榘l(fā)現(xiàn),消防管固定支架與母線連接器點(diǎn)在同一位置,導(dǎo)致此連接器蓋板無法蓋嚴(yán),長期運(yùn)行使此處母線連接處間隙增大、灰塵堆積而電氣接觸不良,最終引起相間絕緣破壞而短路。隨即供應(yīng)商進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量,重新設(shè)計(jì)母線槽長度,以確保連接處與消防管固定支架錯(cuò)開。

20天后廠家重新定做的母線槽運(yùn)抵商場(chǎng),安裝更換臨時(shí)電纜,通過檢測(cè)后投入運(yùn)行。后期又通過對(duì)電流的核實(shí)和紅外拍照檢查,確定更換的母線槽已運(yùn)行正常。

2 電氣停電事故的預(yù)防

2.1 大面積停電原因分析

此次停電故障源于租戶配電母線槽相間短路引起租戶開關(guān)跳閘,變壓器高壓配電開關(guān)和此段10 kV母線進(jìn)線開關(guān)同時(shí)跳閘。因變壓器高壓配電開關(guān)跳閘,引發(fā)二次側(cè)變壓器低壓出線開關(guān)失電分閘。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況,對(duì)高低壓配電系統(tǒng)進(jìn)行分析。高壓開關(guān)狀態(tài)如圖2所示。

由圖2可知,10 kV HD1母排供電范圍:3#變電所3TB變壓器(HD3回路),5#變電所5TB變壓器(HD4回路),4#10 kV制冷機(jī)(HD5回路)。

低壓配電室開關(guān)狀態(tài)如圖3所示。

圖2 高壓配電室開關(guān)狀態(tài)

圖3 低壓配電室開關(guān)狀態(tài)

根據(jù)以上分析可初步判斷,此次大面積停電是由開關(guān)越級(jí)跳閘引起的。

2.2 母線槽相間短路的原因分析和預(yù)防措施

2.2.1 原因分析

在母線槽發(fā)生相間短路故障后參觀一些母線槽生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)工藝,發(fā)現(xiàn)母線槽直線段相間都由4層絕緣包裹后壓緊,以保證相間沒有空氣,所以在直線段產(chǎn)生故障的幾率很低。故障多發(fā)生在連接器和插接箱處。此次無錫宜家購物中心的相間短路故障就是發(fā)生在接頭(連接器)處。因此,選擇工藝先進(jìn)的廠商改善連接器和插接箱的工藝結(jié)構(gòu)至關(guān)重要,另外蓋板和安裝位置對(duì)提高連接的可靠性也有很大的影響。

2.2.2 預(yù)防措施

(1) 母線槽接頭(連接器):德國納圖的母線連接器有銅排限位裝置,保證銅排與銅排接觸位,且每個(gè)連接裝置均可有效吸收±7 mm熱脹冷縮量,以保障連接器的可靠連接。有銅排限位裝置的母線槽連接器如圖4所示。

(2) 母線槽蓋板:對(duì)母線槽連接器起保護(hù)作用,采用鋸齒工藝,多重折皺,增加強(qiáng)度,有利于散熱。

圖4 有銅排限位裝置的母線槽連接器

(3) 插接箱插腳可以作鍍銀處理,其導(dǎo)電性能高,尤其適用負(fù)荷率較高的場(chǎng)所,提高接觸點(diǎn)的可靠性。

(4) 安裝位置:母線槽連接器和插接箱的安裝位置對(duì)日后運(yùn)營維護(hù)很重要,應(yīng)留有檢修的位置和空間。

(5) 日常維護(hù):運(yùn)營中的日常維護(hù)相當(dāng)重要,主要對(duì)連接器和插接箱的維護(hù),可以分年分批做,基本做法是先用熱成像檢測(cè)異常點(diǎn),再對(duì)異常點(diǎn)重點(diǎn)維護(hù)。

3 開關(guān)越級(jí)跳閘原因分析和預(yù)防措施

3.1 事故模擬

開關(guān)柜制造商到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行勘查,根據(jù)中低壓保護(hù)繼電器的整定值和故障記錄等信息,結(jié)合事故處理報(bào)告制定事故模擬系統(tǒng)。事故模擬系統(tǒng)如圖5所示。

圖5 事故模擬系統(tǒng)

3.2 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備信息

高低壓開關(guān)柜信息如下:10 kV側(cè)使用施耐德PIX中置柜,保護(hù)裝置為MICOM-P127;0.4 kV側(cè)使用施耐德OKKEN低壓柜,斷路器為MT系列,脫扣單元為MIC系列。

4臺(tái)高低壓開關(guān)的保護(hù)定值如下:

(1) 10 kV主進(jìn)線HD1保護(hù)設(shè)備信息:施耐德MICOM P127,CT變比為500/5(In=500);過流保護(hù),I≥0.87In,tI≥0.5 s(定時(shí)限曲線/DT);速斷保護(hù),I?2.33In,tI?0.0 s(定時(shí)限曲線/DT)。

(2) 10 kV出線HD4保護(hù)設(shè)備信息:施耐德MICOM P127,CT變比為125/5(In=125);過流保護(hù),I≥1.16In,tI≥0.5 s(定時(shí)限曲線/DT);速斷保護(hù),I?3.08In,tI?0.0 s(定時(shí)限曲線/DT)。

(3) 400 V主進(jìn)斷路器5LB1信息:施耐德MT40H1b/MIC 6.0A(In=4 000 A);過載保護(hù),Ir=0.8In=3 200 A,tr=0.5 s(@6Ir);短延時(shí)保護(hù),Isd=5Ir=16 000 A,tsd=0.4 s(I2t=on/反時(shí)限曲線);速斷保護(hù),Ii=off;接地保護(hù),Ig=500 A,tg=0.1 s(I2t=off/定時(shí)限曲線)。

(4) 400 V出線斷路器5LB4信息:施耐德MT20H1b/MIC 5.0A(In=2 000 A);過載保護(hù),Ir=0.9In=1 800 A,tr=0.5s(@6Ir);短延時(shí)保護(hù),Isd=5Ir=9 000 A,tsd=0.1 s(I2t=on/反時(shí)限曲線);速斷保護(hù),Ii=10In=20 000 A。

3.3 技術(shù)分析

HD1、HD4高壓柜內(nèi)綜保裝置故障記錄信息顯示:速斷保護(hù)動(dòng)作,動(dòng)作電流值為1.29 kA,記錄為相間短路故障。5#變壓器額定容量為2 000 kVA,高壓側(cè)額定電流為115.5 A,低壓側(cè)額定電流為2 887 A。模擬的事故回路上下級(jí)保護(hù)曲線如圖6所示。

當(dāng)?shù)蛪簲嗦菲?LB4下口發(fā)生相間短路故障時(shí),10 kV及400 V系統(tǒng)越級(jí)動(dòng)作原因分析如下:HD1記錄下的故障電流1.29 kA可以同時(shí)啟動(dòng)10 kV HD1、HD4保護(hù)裝置的瞬動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。由于瞬動(dòng)保護(hù)延時(shí)設(shè)定為0 s,沒有時(shí)間級(jí)差,所以兩繼電保護(hù)可同時(shí)動(dòng)作。需要指出的是,雖然10 kV繼電保護(hù)中瞬動(dòng)保護(hù)的延時(shí)設(shè)定值為0 s,但實(shí)際上由于繼電保護(hù)運(yùn)算時(shí)間,斷路器機(jī)械分?jǐn)鄷r(shí)間等因素的影響,最終切斷故障的實(shí)際時(shí)間不可能為0 s,因此0.05 s代替實(shí)際切斷故障電流時(shí)間。

低壓側(cè)的短路電流約為30 kA,可觸發(fā)低壓出線斷路器5LB4的瞬動(dòng)保護(hù),因此也可與10 kV繼電保護(hù)同時(shí)動(dòng)作。但各設(shè)備之間的動(dòng)作順序無法確保。

圖6 模擬的事故回路上下級(jí)保護(hù)曲線

故障時(shí)低壓主進(jìn)斷路器5LB1的瞬動(dòng)保護(hù)被關(guān)閉,且短延時(shí)保護(hù)又采用反時(shí)限曲線保護(hù),所以在發(fā)生30 kA短路故障時(shí)其動(dòng)作時(shí)間約為0.4 s,不會(huì)與其他斷路器同時(shí)跳閘。由于該斷路器裝配有失壓脫扣保護(hù),所以在10 kV系統(tǒng)失電后因失壓保護(hù)導(dǎo)致該斷路器失電分閘。

3.4 分析結(jié)果

通過以上現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研結(jié)果及故障分析,可以得出如下結(jié)果:

(1) 10 kV系統(tǒng)內(nèi)各保護(hù)裝置間都提供無時(shí)限的瞬動(dòng)保護(hù),彼此無法實(shí)現(xiàn)完全的選擇性。一旦短路電流超過1 165 A,10 kV保護(hù)裝置同時(shí)動(dòng)作或越級(jí)動(dòng)作,造成停電范圍擴(kuò)大,停電損失被人為增加。

(2) 400 V斷路器的保護(hù)設(shè)定值偏大,甚至部分定值超過10 kV系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)定值,已失去部分保護(hù)功能。一旦發(fā)生短路事故,發(fā)生越級(jí)跳閘動(dòng)作,甚至引發(fā)10 kV保護(hù)裝置的越級(jí)動(dòng)作,造成停電范圍擴(kuò)大,停電損失被人為增加。

(3) 400 V斷路器的保護(hù)設(shè)定值未經(jīng)靈敏性校驗(yàn)計(jì)算,無法提供全保護(hù)。低壓系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生接地故障時(shí)可能導(dǎo)致該動(dòng)作的斷路器不動(dòng)作,或不應(yīng)先動(dòng)作的斷路器越級(jí)動(dòng)作,造成停電范圍擴(kuò)大,停電損失被人為增加。

3.5 預(yù)防措施

采用以下措施對(duì)整個(gè)配電系統(tǒng)進(jìn)行改善,以預(yù)防電氣故障時(shí)停電范圍的人為增加。

(1) 和當(dāng)?shù)毓╇娋謪f(xié)商,適當(dāng)調(diào)整10 kV保護(hù)裝置內(nèi)設(shè)定值,尤其是10 kV進(jìn)線的瞬動(dòng)保護(hù)設(shè)定值,為下游設(shè)備預(yù)留一定的延時(shí)設(shè)定空間。

(2) 通過對(duì)整個(gè)配電系統(tǒng)進(jìn)行全面的選擇性分析,及早發(fā)現(xiàn)更多不合理的保護(hù)設(shè)定值并進(jìn)行改進(jìn),最大程度地實(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)內(nèi)各保護(hù)裝置間的選擇性。通過選擇性分析,同時(shí)對(duì)斷路器的保護(hù)定值進(jìn)行靈敏性校驗(yàn),確保斷路器可實(shí)現(xiàn)對(duì)其下游設(shè)備的全保護(hù)。

(3) 根據(jù)選擇性分析中給出的新定值,對(duì)現(xiàn)有定值進(jìn)行設(shè)定調(diào)整,避免類似事故再次發(fā)生。

同時(shí)對(duì)小型斷路器(ACB)開關(guān)的電氣部分和機(jī)械部分進(jìn)行預(yù)防性檢測(cè),以防故障時(shí)不能正確動(dòng)作而人為擴(kuò)大故障范圍。

4 結(jié) 語

介紹宜家購物中心大面積停電和應(yīng)急處理的過程,分析了事故原因,發(fā)現(xiàn)了工程施工階段存在的缺陷和后續(xù)運(yùn)營維護(hù)中存在問題,可為類似購物中心的電氣設(shè)計(jì)、電氣設(shè)備調(diào)試和日后的運(yùn)營維護(hù)提供參考。

[1]中國航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)院.工業(yè)和民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].4版.北京:中國電力出版社出版,2016.

[2]繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程:GB/T14285—200X[S].

[3]低壓成套開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備:GB/T7251.1—2013[S].

[4]倫濤,韓鵬飛,賀靜波,等.近年國外大停電事故概述及分析[J].中國能源,2012,34(2):41-43.