劉積慧，田尚財，劉東蕓

（1.酒鋼宏興股份公司動力廠；2.甘肅鋼鐵職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅嘉峪關(guān) 735100）

1 故障經(jīng)過

2023年4月14日8：48，崗位監(jiān)盤人員發(fā)現(xiàn)泵站低壓一段運行設(shè)備均出現(xiàn)跳機，其間備用設(shè)備聯(lián)鎖啟機，同時泵站消防子機034、035 光電感煙探測器MCC 室報警。經(jīng)現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)鋼系統(tǒng)低壓配電室一段3415#配電柜內(nèi)轉(zhuǎn)爐上塔泵空開燒損嚴重，鋼系統(tǒng)380 V 一受電母線失電，10 kV 動力變過流一段保護動作跳閘。

2 原因分析

2.1 開關(guān)燒損原因分析

轉(zhuǎn)爐上塔泵塑料外殼式斷路器為2003 年項目建設(shè)時期安裝投用，已長期在線運行20余年。電機額定功率為75 kW，開關(guān)選配為額定電流200 A，運行電流95 A 左右，無超負荷運行現(xiàn)象。故障發(fā)生后現(xiàn)場空開只剩上半部分，下半部分燒損缺失嚴重，特別是開關(guān)B 相出線端子嚴重?zé)龘p缺失，同時開關(guān)三相進線電纜也因短路故障燒斷懸空。從現(xiàn)場燒損情況分析，應(yīng)是開關(guān)B相出線端存在接觸不良，接線端子氧化發(fā)熱，逐步傳導(dǎo)至B 相動、靜觸頭。另外，長期發(fā)熱導(dǎo)致開關(guān)內(nèi)部絕緣層碳化劣變，絕緣能力降低，進而發(fā)生與背板的接地短路故障，引發(fā)相間短路［1］，配電柜開關(guān)燒損狀況見圖1。

圖1 配電柜開關(guān)燒損狀況

2.2 開關(guān)配置選型分析

泵站轉(zhuǎn)爐上塔泵電機額定功率為75 kW，額定電流為139 A，配備塑殼式斷路器的額定電流為200 A，隔離刀閘額定電流為400 A，水泵單回路各電氣元器件配置合理。

框架式受電斷路器原設(shè)計額定電流為3 200 A，因曾在運行期間出現(xiàn)當(dāng)負荷達到1 500 A 左右嚴重發(fā)熱，機構(gòu)卡澀操作不便的現(xiàn)象，于2021 年整體進行改造更換，現(xiàn)斷路器額定電流為4 000 A。負載為水泵類負載，90 kW 及以上均設(shè)置有軟起動裝置，計算總運行電流在2 200 A左右，框架式受電斷路器選型配置合理。

根據(jù)低壓負荷情況，上級配置有電壓等級為10 kV，型號為S9-1 600∕10 動力變壓器2 臺，低壓二次側(cè)額定電流為2 308 A，互為備用，正常為單母線分段運行，滿足低壓計算負荷容量需求。鋼系統(tǒng)低壓一次系統(tǒng)圖見圖2。

圖2 鋼系統(tǒng)低壓一次系統(tǒng)圖

2.3 點檢情況分析

根據(jù)廠內(nèi)電氣設(shè)備點檢標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，應(yīng)對配電柜內(nèi)斷路器每6 h 檢測一次溫度。通過視頻查看，崗位人員在3：51對低壓室進行了點檢，但未按照標(biāo)準(zhǔn)要求對轉(zhuǎn)爐上塔泵3415#配電柜進行開柜門點檢，點檢存在遺漏。開關(guān)在8：44發(fā)生第一次短路故障，8：48母線失壓。

2.4 變壓器低壓側(cè)出口短路電流確認［2］

（1）計算方法

變壓器低壓側(cè)出口短路電流可以按照《建筑電氣常用數(shù)據(jù)》（19DX101-1）中的近似計算公式計算：

式中：Ik—對稱穩(wěn)態(tài)三相短路電流有效值，kA；

ST—變壓器的額定容量，MVA；

Uk%—變壓器阻抗電壓百分數(shù)，取6。

（2）查詢方法

按照《建筑電氣常用數(shù)據(jù)》（19DX101-1）中變壓器低壓出口處短路電流速查表查詢可知1 600 kVA變壓器出口短路電流為38.4 kA。

2.5 保護整定及動作分析

此次故障主要涉及3 個開關(guān)的保護定值，第一道保護是水泵負載的過載、短路保護［3］，其瞬時脫扣電流為2 400 A（不可調(diào)）。從現(xiàn)場進、出引線燒損情況來看，開關(guān)在短路故障時觸頭粘連，沒有分斷故障設(shè)備，導(dǎo)致短路故障發(fā)生多次，從視頻中可以看出在5 min 內(nèi)發(fā)生5 次放電現(xiàn)象。第二道保護為低壓受電斷路器（NAI-4000X）的瞬時、短延時、長延時保護，保護模塊為斷路器自帶的控制模塊（M 型）。故障發(fā)生后，查看斷路器狀態(tài)并未跳閘，仍在合閘位，說明該斷路器在多次短路故障下均未可靠分斷故障。經(jīng)調(diào)查，該斷路器在進行改造后未進行保護定值整定，使用出廠原始值，即長延時（Izd1）整定電流為1.0In（斷路器額定電流，即4 000 A），動作時間15 s。短延時（Izd2）整定電流為8Izd1，即32 000 A，動作時間0.4 s。瞬時（Izd3）脫扣整定電流為12In，即48 000 A。第三道保護為變壓器高壓繼電保護，保護裝置具有過流一段、過流二段保護及過負荷報警，故障發(fā)生時過流一段保護動作、重瓦斯保護動作。

通過調(diào)取上級開關(guān)站故障錄波數(shù)據(jù)、保護動作數(shù)據(jù)及對故障變壓器抽芯檢查，發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部高壓繞組嚴重變形、短路，過流一段保護動作跳閘，動作電流3 252.9 A，整定值2 076 A，0 s；同時重瓦斯保護動作。故障時刻，Ua（A 相相電壓）由故障前的5.80 kV 下降至2.07 kV，Ub（B 相相電壓）由故障前的5.66 kV 下降至1.79 kV，Uc（C 相相電壓）由故障前的5.75 kV 下降至1.94 kV。故障持續(xù)62 ms，10 kV 故障錄波圖見圖3。

圖3 10 kV故障錄波圖

2.6 保護管理分析

此次故障造成事故擴大的主要原因是低壓受電斷路器未能起到保護作用，線路保護失守，多次短路沖擊變壓器，造成變壓器內(nèi)部短路，引起10 kV側(cè)電網(wǎng)波動，影響其他用戶。但深究原因還是項目轉(zhuǎn)生產(chǎn)前的驗收把關(guān)不嚴，低壓受電斷路器定值整定不合理，導(dǎo)致故障時未動作。用戶對低壓保護日常管理不到位，錯誤認為能分、合閘就行，無視驗收標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，不能預(yù)判潛在的安全風(fēng)險，無法保證保護裝置的好壞，無法確定定值是否準(zhǔn)確、合理。［4］

3 防范措施

3.1 保護定值重新核算和整定

對故障斷路器的過載長延時保護、短延時保護、瞬時保護定值進行重新核算和整定［5］。400 V進線斷路器的三段保護電流整定簡圖見圖4。

圖4 400 V進線斷路器的三段保護電流整定簡圖

過載長延時（Izd1）整定：一般可以按照上級變壓器額定電流（Ied=2 308 A）的1.1 倍進行整定，也可按照線路計算電流（Ic=2 200 A）的1.1倍進行整定。本例取2 308×1.1=2 538.8 A，考慮到上下級配，整定為2 600 A，延時8 s報警。

短延時（Izd2）整定：可整定為2～5 倍的過載長延時整定電流值，也可按照上下級配差1.2 倍進行核算整定。本例取2 600×3=7 800 A，整定為7 800 A，延時0.1 s，定時限保護跳閘投入。

瞬時（Izd3）整定：當(dāng)短路故障發(fā)生在母線與低壓出線開關(guān)附近時，短路電流基本一樣，通過電流實現(xiàn)瞬時級差保護存在很大的不確定性，不能保證低壓出線開關(guān)和受電斷路器瞬時保護之間的選擇性，因此瞬時保護作為報警投入運行。定值整定一般可以按照過載長延時整定電流的10倍來整定，如果保護的靈敏度不夠，應(yīng)適當(dāng)調(diào)低其整定倍數(shù)。本例取2 600×10=26 000 A，整定為26 000 A，0 s報警。保護定值表見表1。

表1 保護定值表

3.2 完善低壓保護定值管理

完善低壓保護定值管理流程，完善項目轉(zhuǎn)生產(chǎn)前的驗收流程，完善低壓保護定值單的核算及整定流程，保證低壓系統(tǒng)保護裝置功能的有效性及定值的“四性”（即選擇性、速動性、可靠性、靈敏性）。

4 結(jié)語

設(shè)備故障的發(fā)生有偶然性，也有必然性。此次故障暴露出低壓電氣保護管理存在盲區(qū)，工作人員對保護的分級管理、分級保護、審批準(zhǔn)入的管理流程不清晰，對低壓設(shè)備的保護管理及定值的計算、整定、試驗工作的重視程度不夠，才導(dǎo)致了此次低壓故障、保護越級跳閘并損失一次設(shè)備的事故。電氣系統(tǒng)中隱患不易被排查出來，因此一定要重視過程管控，加強施工、驗收、檢修過程的管理，避免埋下隱患。