李柳濤
(柳州鋼鐵股份有限公司機(jī)動工程部,廣西柳州 545002)
鋼鐵企業(yè)由于設(shè)備數(shù)量多、設(shè)備復(fù)雜,供電網(wǎng)絡(luò)也較為復(fù)雜。在鋼鐵企業(yè)中,過電壓是供電系統(tǒng)最大的危害之一,過電壓不但對供電設(shè)備的絕緣造成破壞,還造成供電設(shè)備的損壞,甚至直接損壞用電設(shè)備,導(dǎo)致生產(chǎn)線停產(chǎn)。為有效抑制系統(tǒng)過電壓,多在配電系統(tǒng)中采用過電壓保護(hù)器或避雷器。
2020年4月,南方逐步進(jìn)入雷雨季節(jié)。某日中午,一聲響雷過后,某鋼廠6 kV一母線段發(fā)出母線接地零序過電壓報警,該母線上6個開關(guān)柜保護(hù)裝置發(fā)出保護(hù)整組啟動信號,隨即這6個開關(guān)柜過流I段保護(hù)動作跳閘。工作人員到達(dá)現(xiàn)場,發(fā)現(xiàn)部分開關(guān)柜內(nèi)避雷器、過電壓保護(hù)器損壞。
該配電室的供電線路有電纜和架空線,因為在打雷后發(fā)生故障,因此懷疑是雷擊架空線導(dǎo)致,隨即安排工作人員對架空線路進(jìn)行巡查。巡查后發(fā)現(xiàn)架空線路一桿上絕緣子損壞炸壞,導(dǎo)線斷開并搭接在桿上金屬橫擔(dān)上。后對該線路搖測絕緣,C相對地絕緣為零,確認(rèn)該回路接地,將該回路與母線斷開后搖測母線絕緣,母線絕緣正常。進(jìn)一步檢查損壞的避雷器,均為C相,與架空線接地相相同,于是確定故障原因為該架空線路遭受雷擊所致。為確?;謴?fù)后的安全,工作人員將該母線段上的所有避雷器拆解下來做泄漏試驗,除6個開關(guān)柜C相避雷器已損壞外,另兩相避雷器泄漏值也超標(biāo),該母線段上其它開關(guān)柜的避雷器泄漏值均在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。
(1)在對避雷器進(jìn)行試驗檢查過程中,工作人員發(fā)現(xiàn)原使用的避雷器型號有兩種,一種為HY5WZ-7.6/27無間隙氧化鋅避雷器,另一種為HY5WS-7.6/27無間隙氧化鋅避雷器。HY5WZ系列為電站型避雷器,一般用于保護(hù)發(fā)電廠、變電所中交流電器設(shè)備免受大氣過電壓和操作過電壓的損壞;HY5WS系列為配電型避雷器,一般用于保護(hù)相應(yīng)電壓等級的開關(guān)柜、變壓器、箱式變、電纜頭等有關(guān)配電設(shè)備免受大氣和操作過電壓損壞。該配電室主要是給下級配電室供電,負(fù)荷主要為電纜線路,同時帶部分架空線路。使用的這2種型號避雷器未根據(jù)保護(hù)類型選擇,降低了保護(hù)效果。
(2)避雷器選型的2個重要參數(shù)是其持續(xù)運行電壓Uc的額定電壓Ue。避雷器的持續(xù)運行電壓要求高于或等于作用在避雷器的最高實際運行電壓,對于相對地避雷器,持續(xù)運行電壓通常要高于。其中Um為系統(tǒng)最高線電壓的工頻電壓有效值,因系統(tǒng)可能存在諧波,因此,系統(tǒng)電壓高于額定電壓,在選型時要進(jìn)行考慮??紤]到以上特性,由于6 kV系統(tǒng)是不接地系統(tǒng),因此一般選型原則是要求運行電壓等于或高于最高運行線電壓,從該項指標(biāo)上來看持續(xù)運行電壓是合適的。而避雷器額定電壓的選擇一般是考慮避雷器安裝點的系統(tǒng)暫時過電壓,并同時考慮它們的幅值以及相應(yīng)的持續(xù)時間。從這一點來看,參數(shù)選擇也是正確的。
從以上2點分析,此次避雷器損壞的原因主要是:
(1)由于雷電擊壞架空線絕緣子,導(dǎo)線斷裂后單相接地,非故障相電壓升高,造成該線路所在的母線過電壓,過電壓持續(xù)時間長;同時,雷電在擊中架空線路故障相時,故障相線路不是立即燒斷,而是經(jīng)過了一段時間,系統(tǒng)殘壓較高,超出避雷器的保護(hù)能力,導(dǎo)致避雷器損壞,以及同一母線上其它避雷器的損壞。
(2)由于開關(guān)柜上錯誤地選用了電站型避雷器,未能按保護(hù)范圍選擇適合型號的避雷器。
(3)避雷器損壞造成相間短路,從而相起開關(guān)柜過流I段動作跳閘。
(1)因外部架空線路較長,部分桿塔所處位置高于周邊建筑物,易遭受雷擊,因此在部分易受雷擊的桿塔上裝設(shè)線路避雷器,避免雷電直接侵入架空線路。
(2)變電站內(nèi)的避雷器按保護(hù)范圍正確選擇適合的避雷器。
(3)加強(qiáng)避雷器的預(yù)防性試驗,定期對避雷器進(jìn)行預(yù)防性試驗,檢查避雷器的參數(shù)性能,對超指標(biāo)值或指標(biāo)下降明顯的避雷器進(jìn)行更換,在此特別應(yīng)注意,更換避雷器時應(yīng)整組進(jìn)行更換,而不能僅更換不合格的一支。
鋼鐵企業(yè)中的過電壓類型一般有以下幾種:
(1)雷電過電壓,如上述案例中提到的,其主要原因是雷電直接侵入系統(tǒng),這類過電壓能量大,如果防范不到位,造成的后果非常嚴(yán)重。這類過電壓主要發(fā)生在架空線較多的場合以及室外設(shè)備較多的場合。雷電過電壓主要來自于架空線路、室外設(shè)備遭受雷擊,因此防范架空線遭雷擊是減少這類過電壓的主要措施,一般采用架設(shè)避雷線、避雷針或線路避雷器進(jìn)行防范。
(2)操作過電壓,這類過電壓一般發(fā)生在斷路器開合、故障等情況下,引起系統(tǒng)的狀態(tài)發(fā)生突然變化,使系統(tǒng)從一種穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N穩(wěn)定狀態(tài)的過渡過程。防范措施一般為選用滅弧能力強(qiáng)的開關(guān)、裝設(shè)高性能的避雷器、開關(guān)斷口加裝并聯(lián)電阻等,同時要加強(qiáng)系統(tǒng)設(shè)備的維護(hù),避免發(fā)生系統(tǒng)短路故障。
(3)諧振過電壓,這類過電壓是電力系統(tǒng)中一些電感、電容元件在系統(tǒng)進(jìn)行操作或發(fā)生故障時可形成各種振蕩回路,在一定的能量作用下,產(chǎn)生串聯(lián)諧振現(xiàn)象,會導(dǎo)致系統(tǒng)某些元件出現(xiàn)嚴(yán)重的過電壓。諧振過電壓對系統(tǒng)的危害也是非常大的,在6 kV不接地系統(tǒng)中一般采用消弧線圈和改變運行方式來消除諧振,主要是改變系統(tǒng)的電容量和電感量參數(shù),從而達(dá)到消除諧振的目的。
(4)鋼鐵企業(yè)大都配備自備發(fā)電機(jī)組,對于不直接上網(wǎng)的發(fā)電機(jī)組,因外部電網(wǎng)跳閘,有可能會引起發(fā)電機(jī)組的孤網(wǎng)運行,在發(fā)電機(jī)組孤網(wǎng)運行的情況下,可能會造成系統(tǒng)的過電壓,導(dǎo)致電力事故的發(fā)生。為避免這種情況,應(yīng)設(shè)置能穩(wěn)控系統(tǒng)對孤網(wǎng)運行時的負(fù)荷及發(fā)電機(jī)組進(jìn)行調(diào)節(jié)的環(huán)節(jié)和措施,以減少過電壓的發(fā)生。
鑒于過電壓在鋼鐵企業(yè)電力系統(tǒng)所造成的危害,日常管理中,要特別注重避免過電壓的設(shè)備設(shè)施配置,在技術(shù)上加強(qiáng)管理,在設(shè)備運行中加強(qiáng)管控,以治為主,以防為輔,通過防治結(jié)合,達(dá)到減少過電壓發(fā)生,提高電網(wǎng)安全可靠性,減少電力事故的發(fā)生。