盧鵬， 崔平

（金隆銅業(yè)有限公司，安徽銅陵 244000）

某稀貴金屬公司原設(shè)有1 座110 kV/6 kV 總降壓站， 外部進(jìn)線電源為單回路110 kV 供電電源，配置1 臺(tái)25 MVA 主變壓器及1 個(gè)6 kV 高壓配電所。110 kV 系統(tǒng)為單母線接線方式，6 kV 系統(tǒng)因擴(kuò)建需要采用單母線分段接線方式。 該總降壓站有完善的110 kV/6 kV 線路保護(hù)、變壓器保護(hù)、配電設(shè)備保護(hù)、監(jiān)控管理系統(tǒng)等功能。 2018 年，金隆銅業(yè)有限公司與該公司合并，將其劃分為稀貴車間和渣選車間，并為原6 kV 高壓配電室改造了1 路6 kV 備用電源，主要用于滿足稀貴車間的生產(chǎn)及保安用電。 該備用電源引自金隆公司轉(zhuǎn)爐車間高壓配電室，日常生產(chǎn)中處于熱備用狀態(tài)。當(dāng)總降壓站110 kV 線路及變壓器檢修時(shí)，備用電源能短時(shí)間內(nèi)投入使用，滿足稀貴車間的生產(chǎn)需求。

1 稀貴車間備用供電電源系統(tǒng)

轉(zhuǎn)爐車間6 kV 高壓配電柜Ⅰ段AHE1 出線柜為原稀貴金屬公司6 kV 配電所提供備用電源，如圖1 所示。 原稀貴金屬公司配電所AHE2 高壓柜作為6 kV 備用電源的進(jìn)線柜，AHE2 高壓柜與XAH1 高壓進(jìn)線柜有電氣回路安全操控聯(lián)鎖，嚴(yán)禁同時(shí)合閘。只有在XAH1 高壓柜分?jǐn)酄顟B(tài)， 且PT 檢測(cè)柜體主母線無(wú)電壓的狀況下，AHE2 高壓柜才能進(jìn)線合閘操作；同樣，AHE2 高壓柜分閘狀態(tài)也是XAH1 高壓柜合閘的必要條件之一。 該備用電源的主要負(fù)荷的稀貴車間5 臺(tái)動(dòng)力變壓器低壓側(cè)所有正常生產(chǎn)運(yùn)行設(shè)備、渣選車間照明及保安電源負(fù)荷[1]。 然而在兩個(gè)廠110 kV 配電所整合試運(yùn)行期間，發(fā)生了越級(jí)保證故障。 以下擬針對(duì)此次故障進(jìn)行詳細(xì)分析。

2 故障現(xiàn)象及原因分析

2.1 故障現(xiàn)象

2020 年 6 月 5 日 0:57， 原稀貴公司 110 kV 線路大修，稀貴車間生產(chǎn)由公司轉(zhuǎn)爐工段6 kV 高壓配電所AHE1 備用電源柜供電。 其中，XAH5 出線柜負(fù)責(zé)給稀貴金銀工段動(dòng)力變壓器供電。 該車間低壓MNS 配電柜的酸霧凈化塔電機(jī)電源抽屜接插件導(dǎo)線接頭處因高溫引起導(dǎo)線端子熔斷， 瞬間發(fā)生了相間弧光短路。

故障發(fā)生后， 低配進(jìn)線ME 智能開(kāi)關(guān)速斷保護(hù)沒(méi)有動(dòng)作， 低電壓保護(hù)動(dòng)作分?jǐn)嚅_(kāi)關(guān)。 XAH5 高壓柜、AHE2 高壓柜的微機(jī)綜合保護(hù)裝置過(guò)電流保護(hù)啟動(dòng)，但是開(kāi)關(guān)沒(méi)有分?jǐn)?；轉(zhuǎn)爐高壓配電所AHE1 柜的微機(jī)綜合保護(hù)裝置過(guò)電流保護(hù)啟動(dòng)； Ⅰ段進(jìn)線柜AH11 的微機(jī)綜合保護(hù)裝置過(guò)電流保護(hù)啟動(dòng)；同時(shí)，AH11 柜與公司總配電站轉(zhuǎn)爐Ⅰ段出線柜的縱聯(lián)保護(hù)啟動(dòng)，且出口動(dòng)作致AH11 進(jìn)線柜縱聯(lián)保護(hù)跳閘。因轉(zhuǎn)爐高壓配電所Ⅰ段進(jìn)線柜保護(hù)動(dòng)作開(kāi)關(guān)分?jǐn)?，Ⅰ段所有出線柜微機(jī)綜合保護(hù)裝置低電壓保護(hù)啟動(dòng)，Ⅰ段出線柜保護(hù)分?jǐn)唷?/p>

2.2 故障原因及分析

經(jīng)分析，筆者認(rèn)為故障發(fā)生原因是金銀工段配電所內(nèi)酸霧凈化塔電機(jī)電源抽屜的接插件導(dǎo)線接頭處的螺絲松動(dòng)， 導(dǎo)致導(dǎo)線端子與抽屜接插件接觸不良而產(chǎn)生了高溫，從而引發(fā)接頭處拉弧、熔斷，并發(fā)生了相間弧光短路。

查看轉(zhuǎn)爐高壓配電所Ⅰ段AH11 工作電源進(jìn)線柜微機(jī)綜合保護(hù)裝置，發(fā)現(xiàn)其故障錄波電流為：A 相1 187 A、B 相 1 607 A、C 相 1 328 A。 AH11 高壓柜微機(jī)綜合保護(hù)裝置面板上故障狀態(tài)燈COMM 及50亮， 裝置過(guò)電流保護(hù)及縱聯(lián)保護(hù)啟動(dòng)。 由此可以判斷，AH11 進(jìn)線柜保護(hù)出口啟動(dòng)并致Ⅰ段進(jìn)線柜開(kāi)關(guān)柜跳閘，是發(fā)生電氣回路越級(jí)保護(hù)跳閘的主要原因。這一故障致使公司大面積設(shè)備突發(fā)停電，事故擴(kuò)大化。

2.2.1 越級(jí)保護(hù)跳閘的直接原因分析

故障設(shè)備各級(jí)電源開(kāi)關(guān)的故障記錄、開(kāi)關(guān)保護(hù)整定值及故障后開(kāi)關(guān)狀態(tài)見(jiàn)表1。

表1 各級(jí)電源開(kāi)關(guān)故障記錄及故障后開(kāi)關(guān)狀態(tài)

因?yàn)?，原稀貴公司6 kV 配電系統(tǒng)與轉(zhuǎn)爐配電系統(tǒng)的綜合保護(hù)裝置不是同一廠家， 且2 套綜合保護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)之間沒(méi)有配置時(shí)間同步系統(tǒng)，所以XAH5、AHE2 高壓柜保護(hù)啟動(dòng)時(shí)間僅能作為參考。 參閱表1， 酸霧凈化塔電機(jī)電源短路故障發(fā)生時(shí)，XAH5、AHE2、AHE1 高壓柜保護(hù)裝置過(guò)電流保護(hù)啟動(dòng)，但是保護(hù)裝置出口沒(méi)有滿足動(dòng)作條件， 保護(hù)裝置沒(méi)有分?jǐn)嚅_(kāi)關(guān)信號(hào)輸出，高壓柜都沒(méi)有分?jǐn)?，而AH11 轉(zhuǎn)爐Ⅰ段進(jìn)線柜保護(hù)裝置縱聯(lián)保護(hù)啟動(dòng)且出口動(dòng)作，分?jǐn)嚅_(kāi)關(guān)信號(hào)輸出，分?jǐn)嗔薃H11 進(jìn)線高壓柜，產(chǎn)生了高壓柜越級(jí)保護(hù)跳閘故障。 變壓器輸出側(cè)智能斷路器、AHE1 高壓柜是越級(jí)保護(hù)跳閘故障發(fā)生導(dǎo)致6 kV 失電后，裝置低電壓保護(hù)動(dòng)作分?jǐn)嗔碎_(kāi)關(guān)。

2.2.2 分?jǐn)嚅_(kāi)關(guān)原因分析

AH11 保護(hù)裝置故障記錄顯示：0:57:44.735，轉(zhuǎn)爐高壓配電Ⅰ段進(jìn)線開(kāi)關(guān)縱聯(lián)保護(hù)動(dòng)作，開(kāi)關(guān)跳閘；0:57:44.836 ， 公司總配電站轉(zhuǎn)爐Ⅰ段出線柜開(kāi)關(guān)發(fā)生縱聯(lián)保護(hù)，開(kāi)關(guān)未跳閘?，F(xiàn)場(chǎng)分別對(duì)負(fù)荷側(cè)轉(zhuǎn)爐高壓配電Ⅰ段進(jìn)線開(kāi)關(guān)SEL351 及電源側(cè)總降Ⅱ變6 kV 段轉(zhuǎn)爐Ⅰ段開(kāi)關(guān) SEL351 在 6 月 5 日 0:57 的動(dòng)作故障錄波進(jìn)行讀取，并進(jìn)行了波形分析（見(jiàn)圖2）。通過(guò)波形分析發(fā)現(xiàn)， 電源側(cè) SEL351 裝置出口OUT101 實(shí)際已動(dòng)作，但由于負(fù)荷側(cè)SEL351（轉(zhuǎn)爐高壓配電Ⅰ段進(jìn)線開(kāi)關(guān)AH11） 裝置動(dòng)作時(shí)間早于電源側(cè)100 ms， 而負(fù)荷側(cè)切除開(kāi)關(guān)后電源側(cè)保護(hù)OUT101 只持續(xù)動(dòng)作了0.25 周波即返回， 因此未能跳開(kāi)開(kāi)關(guān)。

圖2 AH11 微機(jī)綜合保護(hù)裝置故障時(shí)錄波

AH11 微機(jī)綜合保護(hù)裝置故障時(shí)元件動(dòng)作順序見(jiàn)圖3。 通過(guò)負(fù)荷側(cè)AH11 進(jìn)線柜SEL351 保護(hù)裝置在0:57:44 的元件動(dòng)作順序可以看到，故障電流啟動(dòng)時(shí)間在0:57:44.630，縱聯(lián)保護(hù)的三段方向閉鎖元件67P3T 在0:57:44.635 返回，四段正向縱聯(lián)保護(hù)元件67P4T 在 0:57:44.725 動(dòng)作，也就是在 0:57:44.635—0:57:44.725 時(shí)間段內(nèi)，保護(hù)判斷故障方向由反向變?yōu)榱苏颉?/p>

圖3 AH11 微機(jī)綜合保護(hù)裝置故障時(shí)元件動(dòng)作順序

SEL351 是通過(guò)負(fù)序電壓極化方向（即負(fù)序阻抗方向）對(duì)故障方向進(jìn)行判斷的。故障錄波文件記錄了跳閘前5 個(gè)周波和跳閘后10 個(gè)周波。通過(guò)對(duì)圖4、圖5幅值向量分析發(fā)現(xiàn)， 在0:57:44.635—0:57:44.715 時(shí)間段內(nèi)電壓的相位幅值平衡；在0:57:44.720 之后，系統(tǒng)電壓出現(xiàn)了幅值和角度的不平衡，導(dǎo)致負(fù)序阻抗的計(jì)算由反向變?yōu)榱苏颉?/p>

圖4 715 ms 之前的幅值向量

圖5 720 ms 時(shí)的幅值向量

綜上分析， 負(fù)荷側(cè)轉(zhuǎn)爐配AH11 進(jìn)線開(kāi)關(guān)的SEL351 根據(jù)采集的向量計(jì)算判斷方向動(dòng)作正確無(wú)誤（開(kāi)始有90 ms 的反向閉鎖，后面閉鎖返回正向動(dòng)作），存在區(qū)外故障轉(zhuǎn)向區(qū)內(nèi)的情況。 稀貴金銀配電所變壓器低壓輸出斷路器、XAH5、AHE2、AHE1 開(kāi)關(guān)過(guò)流保護(hù)都有啟動(dòng)， 但因延時(shí)時(shí)間未達(dá)到而未動(dòng)作，最終導(dǎo)致速斷保護(hù)沒(méi)有及時(shí)切斷故障負(fù)荷。

3 整改措施

針對(duì)上述問(wèn)題，提出以下整改措施[2]：1）電氣回路整改。 針對(duì)金銀工段低壓配電室內(nèi)抽屜電氣元器件展開(kāi)檢查，確保配電柜內(nèi)電源導(dǎo)線的接頭緊固，更換電源導(dǎo)線截面偏小的抽屜，增大導(dǎo)線截面積。2）實(shí)施公司6 kV 配電系統(tǒng)微機(jī)綜合保護(hù)裝置時(shí)間同步系統(tǒng)。 3）立即對(duì) XAH5 高壓柜，擇機(jī)對(duì) AHE2、AHE1、AH11、公司總配電站轉(zhuǎn)爐Ⅰ段出線高壓柜，進(jìn)行保護(hù)傳動(dòng)試驗(yàn)，并對(duì)保護(hù)整定值重新校核。4）改進(jìn)整定值。 由于轉(zhuǎn)爐高配室的AHE1 備用電源出線柜是暫時(shí)為不同的110 kV 變電所的6 kV 配電柜供電，投用前沒(méi)有充分考慮到不同110 kV 配電系統(tǒng)微機(jī)綜合保護(hù)裝置的整定值匹配問(wèn)題， 導(dǎo)致高壓配電系統(tǒng)供電回路發(fā)生變化時(shí)保護(hù)整定值相互間產(chǎn)生了影響。 為此對(duì)相關(guān)電氣回路的保護(hù)整定值做了一定調(diào)整，具體調(diào)整（表2）如下：1）因稀貴備用電源是轉(zhuǎn)爐高壓配電系統(tǒng)Ⅰ段的新增負(fù)荷，將Ⅰ段進(jìn)線柜的縱聯(lián)保護(hù)整定值由1 500 A 增至2 000 A；2）稀貴車間沒(méi)有一級(jí)負(fù)荷。 為了盡量避免稀貴車間備用電源的負(fù)荷嚴(yán)重故障時(shí)影響公司其它A 類設(shè)備的運(yùn)行， 在保證能滿足稀貴車間大功率負(fù)荷啟動(dòng)條件的基礎(chǔ)上，將AHE1、AHE2 的速斷保護(hù)整定值降低，同時(shí)將AHE1、AHE2 過(guò)流保護(hù)的時(shí)間整定值改為0.5 s；3）將400 V側(cè)智能斷路器速斷保護(hù)時(shí)間整定值改為0 s。

表2 對(duì)保護(hù)整定值改進(jìn)的高壓柜

4 結(jié)語(yǔ)

此次越級(jí)保護(hù)故障是在原先兩個(gè)廠110 kV 配電所整合試運(yùn)行期間發(fā)生， 其主要原因是整合期間新增了6 kV 稀貴車間生產(chǎn)備用電源，但在投運(yùn)前忽視了對(duì)該6 kV 電源供電回路各級(jí)微機(jī)綜合保護(hù)裝置保護(hù)整定參數(shù)的改進(jìn)與修正， 導(dǎo)致了越級(jí)保護(hù)故障的發(fā)生。通過(guò)本次整改措施的實(shí)施及應(yīng)用，該新增6 kV 稀貴車間生產(chǎn)備用電源在日常生產(chǎn)中又投用多次，安全穩(wěn)定運(yùn)行，沒(méi)有再次發(fā)生越級(jí)保護(hù)故障。