何 明，佘樂欣，嚴(yán)鏗博，李思堯

(深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518000)

用電系統(tǒng)是發(fā)電廠的主要組成部分，如果用電系統(tǒng)發(fā)生故障，主機(jī)將停止運(yùn)行，導(dǎo)致全廠處于停電狀態(tài)，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。我國發(fā)電廠用電系統(tǒng)適用的開關(guān)柜以35 kV為主，主要包括充氣柜、VGN-40.5箱式固定柜及KYN-40.5金屬鎧裝柜等。導(dǎo)致電廠發(fā)生開關(guān)柜事故的主要原因包括誤操作、開斷事故、絕緣缺陷及載流部分過熱等。開關(guān)柜的絕緣主要以氣體絕緣、空氣絕緣、固體復(fù)合絕緣為主。近幾年，我國發(fā)電廠35 kV開關(guān)柜絕緣技術(shù)水平顯著提升，但在設(shè)備安裝及運(yùn)維過程中存在著開關(guān)柜絕緣缺陷問題，由此引發(fā)了諸多用電安全事故。

1 某發(fā)電廠用電事故分析

探究某發(fā)電廠的用電事故，分析了事故發(fā)生前用電系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境、設(shè)備操作及故障處理，進(jìn)行現(xiàn)場檢驗(yàn)，尋找故障發(fā)生原因。

1.1 事故發(fā)生經(jīng)過

發(fā)電廠的一期發(fā)電設(shè)備主要以110 kV變壓器與35 kV母線共同配合運(yùn)行，發(fā)電系統(tǒng)的第3組風(fēng)機(jī)檢修完成，快速投入運(yùn)行中，但1 h以后風(fēng)機(jī)出現(xiàn)單相接地情況，因變電站人員未及時發(fā)現(xiàn)，事故快速發(fā)展到三相短路狀態(tài)，此時主變壓器處于高壓后備復(fù)壓過流階段并產(chǎn)生跳變，全廠發(fā)生停電事故。

發(fā)現(xiàn)事故后，檢測人員對事故現(xiàn)場展開勘查，發(fā)現(xiàn)事故主要發(fā)生點(diǎn)在第三組風(fēng)機(jī)的3505開關(guān)柜，經(jīng)過現(xiàn)場測試發(fā)現(xiàn)，該開關(guān)柜可以正常操作，但斷路器的表面處于微黑狀態(tài)，且靜觸頭盒也嚴(yán)重?zé)?，斷路器也有燒灼痕跡，斷路器的上觸頭和下觸頭均有明顯熏黑情況。

1.2 事故發(fā)生原因

根據(jù)事故檢查結(jié)果，能夠排除第三組風(fēng)機(jī)保護(hù)誤動情況，可以劃定故障發(fā)生的具體范圍。根據(jù)檢測人員獲取的故障錄波圖及現(xiàn)場勘查結(jié)果，對事故產(chǎn)生原因展開分析。

發(fā)電廠的用電系統(tǒng)中，第三組風(fēng)機(jī)出現(xiàn)事故的3505開關(guān)柜負(fù)荷側(cè)位置安裝了電流互感器，但此次故障出現(xiàn)短路的位置在開關(guān)柜本體，故障電流并未從電流互感器中流出，因此3505開關(guān)柜并未出現(xiàn)保護(hù)動作。從故障發(fā)生范圍來看，故障地點(diǎn)主要在1號主變壓器附近，但也在變壓器的保護(hù)范圍之外。根據(jù)故障錄波圖顯示，主變壓器高壓側(cè)的A點(diǎn)三相二次短路電流為16.7 A，B點(diǎn)三相二次短路電流為17 A，C點(diǎn)三相二次電流為16.5 A，短路電流已經(jīng)超過1號變壓器高壓后備復(fù)壓過流保護(hù)定值的5.4 A，因此主變壓器出現(xiàn)保護(hù)操作，并分別跳開主變壓器高、低壓側(cè)開關(guān)，此時發(fā)電廠進(jìn)入停電狀態(tài)，用電系統(tǒng)整體停止運(yùn)作。經(jīng)判斷分析，1號主變壓器的保護(hù)操作屬于正常行為。

事故檢測時發(fā)現(xiàn)三相間短路問題，根據(jù)檢測結(jié)果對三相間短路原因進(jìn)行分析。在現(xiàn)場事故地點(diǎn)進(jìn)行測試發(fā)現(xiàn)，斷路器的機(jī)械動作特性符合設(shè)備運(yùn)作要求，尤其是合閘和分閘速度都滿足了參數(shù)設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)，而設(shè)備機(jī)械動作的曲線及超程也都符合參數(shù)要求[1]?？梢耘懦龜嗦菲鳈C(jī)械動作出現(xiàn)失誤而導(dǎo)致的短路問題。從故障錄波圖來看，開關(guān)柜微機(jī)保護(hù)動作比較明顯，開關(guān)柜斷路器周邊多處存在燒灼情況，根據(jù)以往故障檢測經(jīng)驗(yàn)判斷，斷路器可能存在絕緣體受潮問題，因此在設(shè)備操作提升桿絕緣性降低以后，發(fā)生電壓絕緣故障。發(fā)電廠地處沿海地區(qū)，當(dāng)?shù)貧夂蜃兓容^明顯，受海洋氣候影響，潮濕空氣對線路影響較大[2]，因?yàn)楣收咸幱诔跗诎l(fā)展階段，斷路器在第一時間進(jìn)行保護(hù)操作，雖然提升桿存在受潮問題而降低絕緣性質(zhì)，但開關(guān)柜快速做出反應(yīng)，避免用電系統(tǒng)出現(xiàn)更嚴(yán)重的故障問題。開關(guān)柜B相下靜觸頭因提升桿絕緣問題而間歇性接地，開關(guān)柜的斷路器形成三相短路是本次故障的主要原因。

本次事故基本可排除因斷路器機(jī)械動作失誤引起故障的因素。導(dǎo)致全廠斷電故障的原因可從以下三個方面考慮：一是在事故發(fā)生之前，斷路器并未被放置到開關(guān)柜里面，而是與開關(guān)柜一起處于潮濕環(huán)境中，作為備用設(shè)備，長期暴露在潮濕空氣中，未經(jīng)過干燥處理就投入運(yùn)行，外接線路存在明顯絕緣性較低問題，導(dǎo)致故障發(fā)生。二是斷路器在開始送電之前，絕緣水平已無法滿足設(shè)備運(yùn)行需求，但變電站工作人員對第三組風(fēng)機(jī)進(jìn)行檢修時并未發(fā)現(xiàn)該問題。三是故障發(fā)生點(diǎn)在35 kV開關(guān)柜系統(tǒng)中，該系統(tǒng)并不是接地系統(tǒng)，在設(shè)計時采用消弧消諧裝置及經(jīng)消弧線圈共同接地的方式來保證系統(tǒng)運(yùn)行。經(jīng)計算發(fā)現(xiàn)，35 kV開關(guān)柜系統(tǒng)中的電容電流為70 A，已經(jīng)超過了規(guī)定的30 A，因此處于該種接線狀態(tài)下的開關(guān)柜一旦發(fā)生單相接地故障，必然會導(dǎo)致電壓過高而引起主變壓器跳變問題。

該發(fā)電廠的意外停電造成了主機(jī)失靈，被迫停電帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，對電力系統(tǒng)運(yùn)行也造成了破壞，因此要防止因電力故障造成發(fā)電廠全場停電。應(yīng)對發(fā)電廠的系統(tǒng)用電進(jìn)行更改，對發(fā)電設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，有效應(yīng)對全場停電問題。但是，由于發(fā)電廠的發(fā)電功率較大，經(jīng)常會出現(xiàn)一些不可控制的突發(fā)事件。

因開關(guān)柜發(fā)電功率巨大而造成發(fā)電柜燒毀的主要原因包括發(fā)電柜絕緣缺陷、電柜電流載流高熱、開關(guān)跳閘、電流短路等。我國發(fā)電站35 kV開關(guān)柜主要以電流絕緣方式進(jìn)行規(guī)劃，包括空氣絕緣體、固體混合絕緣體、氣體絕緣體等，雖然在電廠、變電站中廣泛應(yīng)用35 kV電開關(guān)柜極大地解決了發(fā)電廠停電問題，但35 kV高壓電開關(guān)柜在制造、使用、修護(hù)方面存在著一些問題。為解決這些問題，保障發(fā)電運(yùn)電系統(tǒng)的正常運(yùn)行，要加強(qiáng)35 kV高壓電開關(guān)柜的維護(hù)，減少35 kV高壓電開關(guān)柜的絕緣事故。

2 35 kV開關(guān)柜運(yùn)行中存在的問題

2.1 開關(guān)柜設(shè)備老化，缺少檢修

人們?nèi)粘Ｓ秒娦枨笤诓粩嗉哟?，?dǎo)致發(fā)電廠發(fā)電率功率過高，設(shè)備超負(fù)荷的工作且逐漸老化，35 kV高壓開關(guān)設(shè)備的運(yùn)行存在著安全隱患。在開關(guān)柜設(shè)備檢修過程中，一些企業(yè)為了節(jié)約成本，不重視檢修工作，沒有對老化的設(shè)備及時進(jìn)行檢修，導(dǎo)致發(fā)生電路絕緣事故。

2.2 開關(guān)柜質(zhì)量差

開關(guān)柜的質(zhì)量對于開關(guān)柜的整體功能有著重要影響。例如，開關(guān)柜的一些設(shè)備元件雖然經(jīng)過了電流耐壓檢測，但在整體性上達(dá)不到35 kV高壓開關(guān)柜的檢測標(biāo)準(zhǔn)。在高壓開關(guān)設(shè)備中，一些質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，容易出現(xiàn)操作失誤，導(dǎo)致安全事故進(jìn)一步擴(kuò)大。

2.3 檢修不當(dāng)

35 kV開關(guān)柜設(shè)備需要在平穩(wěn)環(huán)境下運(yùn)行，這是保證其安全、高效工作的重要條件。35 kV高壓開關(guān)柜發(fā)生絕緣短路的原因主要是運(yùn)行工作環(huán)境較差、維護(hù)措施不當(dāng)。開關(guān)柜內(nèi)部的絕緣體由環(huán)氧樹脂互感器、絕緣套管、避雷裝置等設(shè)備組成，這些裝置很容易受到氣候溫度、大氣水分、灰塵等自然因素的影響，導(dǎo)致發(fā)電設(shè)備出現(xiàn)老化問題，令高壓開關(guān)柜電路出現(xiàn)絕緣現(xiàn)象。

2.4 工作人員操作失誤

實(shí)際運(yùn)行中需要進(jìn)行多次操作，每項(xiàng)程序都較為煩瑣，由于高壓開關(guān)柜制作材料質(zhì)量不同、工作運(yùn)行環(huán)境不同，因此設(shè)備工作水平存在較大差距。為保障35 kV開關(guān)柜的穩(wěn)定運(yùn)行，工作人員應(yīng)具備熟練的操作技能、較強(qiáng)的責(zé)任心，能夠按照規(guī)范進(jìn)行運(yùn)行操作。如果工作人員沒有嚴(yán)格遵守操作守則或不具備操作能力，容易出現(xiàn)操作失誤，導(dǎo)致高壓開關(guān)柜出現(xiàn)電路短路問題，發(fā)生絕緣現(xiàn)象。

2.5 自然災(zāi)害引發(fā)事故

自然災(zāi)害會引發(fā)電路絕緣或開關(guān)柜事故，如大風(fēng)、雷電、地震等自然災(zāi)害，雷雨天氣下，往往只需要短短的幾分鐘，強(qiáng)大的雷場便會破壞35 kV高壓開關(guān)柜，影響工作效率。應(yīng)及時對開關(guān)柜進(jìn)行檢修，發(fā)現(xiàn)問題第一時間進(jìn)行修復(fù)，查看是否發(fā)生了開關(guān)柜絕緣現(xiàn)象，將發(fā)生絕緣事故的部分進(jìn)行重新修復(fù)連接，使之恢復(fù)正常運(yùn)行。圖1為開關(guān)柜線路圖，要對事故原因進(jìn)行分析，避免開關(guān)柜在運(yùn)行中出現(xiàn)絕緣現(xiàn)象，減少經(jīng)濟(jì)損失。

圖1 35 kV開關(guān)柜絕緣隱患事故圖Fig.1 35 kV switch cabinet insulation hidden danger accidents

3 改進(jìn)建議

導(dǎo)致發(fā)電廠發(fā)生用電事故的主要原因包括變電站檢測人員失職、斷路器運(yùn)行環(huán)境惡劣及開關(guān)柜運(yùn)行方式存在安全隱患等。應(yīng)針對事故原因重新調(diào)整應(yīng)急預(yù)案，制定開關(guān)柜運(yùn)維工作改進(jìn)措施，采用定期輪換機(jī)制，強(qiáng)化運(yùn)維管理，轉(zhuǎn)變系統(tǒng)接地方式，避免發(fā)生停電事故，保障發(fā)電廠各類設(shè)備的運(yùn)行安全，為發(fā)電廠員工提供安全的工作環(huán)境。

調(diào)整開關(guān)柜運(yùn)行環(huán)境和柜內(nèi)環(huán)境，在開關(guān)柜運(yùn)行過程中配備大功率的除濕設(shè)備。因發(fā)電廠所處地理位置比較特殊，開關(guān)柜運(yùn)行環(huán)境惡劣，受潮濕空氣影響比較明顯，可在開關(guān)柜周圍安裝空調(diào)，為開關(guān)柜進(jìn)行通風(fēng)和除濕。工作人員要定期做好開關(guān)柜檢查，了解開關(guān)柜系統(tǒng)及相關(guān)設(shè)備是否存在受潮情況，判斷開關(guān)柜接線的絕緣性。如處于雨季，要加大開關(guān)柜檢查力度，對設(shè)備除濕效果進(jìn)行檢測，保障開關(guān)柜設(shè)備處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。

制定設(shè)備運(yùn)維管理輪換機(jī)制。根據(jù)發(fā)電廠電力系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行需求，組建設(shè)備運(yùn)維班組，嚴(yán)格遵從定期輪換制度要求，由各班組對設(shè)備進(jìn)行管理，了解設(shè)備運(yùn)維狀態(tài)，按照管理規(guī)程對設(shè)備進(jìn)行檢查和維護(hù)，保證設(shè)備在要求標(biāo)準(zhǔn)下投入到運(yùn)行中。規(guī)避本次事故中某項(xiàng)設(shè)備長期處于備用狀態(tài)而出現(xiàn)受潮情況，未仔細(xì)檢查而導(dǎo)致設(shè)備絕緣性降低等情況。

對發(fā)電廠現(xiàn)有的開關(guān)柜運(yùn)行方式進(jìn)行調(diào)整?？紤]到發(fā)電廠的發(fā)電業(yè)務(wù)需求，根據(jù)發(fā)電系統(tǒng)中各項(xiàng)設(shè)備的運(yùn)行狀況，規(guī)避因電壓過高而出現(xiàn)的主變壓器跳變事故。建議發(fā)電廠對35 kV開關(guān)柜的接地方式進(jìn)行調(diào)整，取消原本消弧消諧裝置與經(jīng)消弧線圈共同接地的運(yùn)行方式，只保留經(jīng)消弧線圈接地，保證電流檢測結(jié)果滿足參數(shù)設(shè)置要求。

為了順利落實(shí)各項(xiàng)改進(jìn)建議，做好用電事故預(yù)警，建議發(fā)電廠健全事故處理應(yīng)急預(yù)案，降低用電事故造成的影響。通過優(yōu)化應(yīng)急預(yù)案，強(qiáng)化用電系統(tǒng)管理，保證各類供電設(shè)備的平穩(wěn)運(yùn)行。

發(fā)電廠制定了相關(guān)問題處理預(yù)案，強(qiáng)化了用電系統(tǒng)管理措施，使開關(guān)柜在工作中大大減少了絕緣問題的出現(xiàn)，為工作人員提供了工作便利。

4 結(jié)語

35 kV高壓開關(guān)柜是發(fā)電系統(tǒng)中的重要設(shè)備，開關(guān)柜運(yùn)行的穩(wěn)定性直接關(guān)系著電廠的用電系統(tǒng)是否安全可靠。以某發(fā)電廠35 kV高壓開關(guān)柜絕緣缺陷引發(fā)的用電事故為例，分析了事故發(fā)生原因，提出了維護(hù)建議。應(yīng)制定輪換制度，加強(qiáng)開關(guān)柜運(yùn)維管理，對發(fā)電廠用電事故進(jìn)行分析，提前做好事故應(yīng)急預(yù)案，為應(yīng)對發(fā)電廠開關(guān)柜絕緣事故提供參考。