電廠1鋁21電抗器1127短路事故分析及電抗器動(dòng)力平面布置改造方案

程欽波

東方希望（三門峽）鋁業(yè)有限公司電氣管理處，河南 三門峽 472400

2010年11月27日東方希望（三門峽）鋁業(yè)有限公司電廠電抗器室鉆入一只貓，貓?jiān)?0kV 1鋁21電抗器B相上走動(dòng)時(shí)，由于其身高的因素，造成AB相間安全距離不夠，結(jié)果相間空氣擊穿，并通過(guò)貓的身體發(fā)生短路，且弧光過(guò)電壓又造成1鋁21電抗器進(jìn)線電纜頭擊穿，同時(shí)又波及相鄰的4鋁11電抗器出線電纜頭和5鋁11電抗器的出線電纜頭同時(shí)發(fā)生擊穿短路，事故擴(kuò)大至鋁廠三個(gè)高配的一半負(fù)荷失電，即鋁廠#1高配的II段、#4高配和#5高配的I段失電；電業(yè)局35kV I盟鋁線路跳閘；電廠10kV雙母I、II段孤網(wǎng)運(yùn)行，孤網(wǎng)不成功后雙母I、II段失電，造成了嚴(yán)重的大面積停電事故。簡(jiǎn)易系統(tǒng)圖如圖1。

圖1

1 事故前運(yùn)行方式

35kVⅠ、Ⅱ盟鋁線分別帶35KVⅠ、Ⅱ段，1#主變壓器通過(guò)3512和101開(kāi)關(guān)運(yùn)行于雙母線Ⅰ段、2#主變壓器通過(guò)3522和102開(kāi)關(guān)熱備于雙母線II段，母聯(lián)開(kāi)關(guān)3500和100均在工作位。#1發(fā)電機(jī)通過(guò)#1F開(kāi)關(guān)運(yùn)行于10kV雙母線Ⅰ段，#2發(fā)電機(jī)通過(guò)#2F開(kāi)關(guān)運(yùn)行于10kV雙母線Ⅱ段，且Ⅰ、Ⅱ段通過(guò)母聯(lián)合環(huán)運(yùn)行。鋁廠所有高配以及電廠廠用10kV配電室均為標(biāo)準(zhǔn)方式運(yùn)行——單母線分段式（如圖1），即鋁廠所有高配和電廠10kV配電室的I、II段母線分別通過(guò)電廠10kV雙母線配電室的出線開(kāi)關(guān)、電廠本線路的電抗器和各高配的I、II段進(jìn)線開(kāi)關(guān)聯(lián)通，所有母聯(lián)開(kāi)關(guān)均為熱備狀態(tài)。

事故后從后臺(tái)查到數(shù)據(jù)：

1）事故點(diǎn)1鋁21開(kāi)關(guān)速斷保護(hù)動(dòng)作，動(dòng)作電流127.996A，互感器變比1000/5；

2）事故波及點(diǎn)4鋁11開(kāi)關(guān)速斷保護(hù)動(dòng)作，動(dòng)作電流43.99A，互感器變比1000/5；

3）事故波及點(diǎn)5鋁11開(kāi)關(guān)速斷保護(hù)動(dòng)作，動(dòng)作電流78.11A，互感器變比600/5；

4）另從電業(yè)局后臺(tái)機(jī)查到：35kV I盟鋁線路出線開(kāi)關(guān)速斷保護(hù)動(dòng)作，動(dòng)作電流19A，互感器變比600/5，相關(guān)設(shè)備保護(hù)定值如表1：

表1 電廠10kV雙母配電室鋁廠出線開(kāi)關(guān)保護(hù)定值表

2 事故電抗器動(dòng)力平面布置（如圖2）

圖2

電抗器1鋁21、4鋁11和5鋁11中心距成直角三角形布置（如圖2），中心距離分別為CD=3m、DE=3m和CE=4.242m，電抗器直徑為1.4m。故障點(diǎn)發(fā)生在電抗器1鋁21的A、B相間，弧光過(guò)電壓造成電抗器1鋁21的進(jìn)線電纜頭A處擊穿，同時(shí)又波及相鄰的4鋁11電抗器出線電纜頭和5鋁11電抗器的出線電纜頭同時(shí)發(fā)生擊穿短路。事故點(diǎn)AB=1400mm，BC=3000mm，AC=3312mm。

3 事故分析及改造方案

1）貓鉆入電抗室后，在10kV 1鋁21電抗器的B相上走動(dòng)，由于其身高的因素，使得上部A相電抗器線圈的下部和B相電抗器線圈之間的安全距離不夠，結(jié)果相間空氣擊穿，并通過(guò)貓的身體發(fā)生AB相間短路，且弧光過(guò)電壓又造成1鋁21電抗器的進(jìn)線電纜頭擊穿，同時(shí)又波及相鄰的4鋁11電抗器的出線電纜頭和5鋁11電抗器的出線電纜頭同時(shí)發(fā)生擊穿短路，其主保護(hù)的開(kāi)關(guān)保護(hù)動(dòng)作——跳閘。這就造成了鋁廠#1高配的II段、#4高配和#5高配的I段失電。從表1（保護(hù)定值表）也可以看出：其電源側(cè)開(kāi)關(guān)的保護(hù)均正確動(dòng)作，證明電廠雙母10kV和35kV電力系統(tǒng)各開(kāi)關(guān)保護(hù)定值均整定合理。但該事故造成35kV I盟鋁線路開(kāi)關(guān)（由電業(yè)局管理）動(dòng)作，說(shuō)明電業(yè)局線路保護(hù)整定不合理。由表1（保護(hù)定值表）也可以看得出這一點(diǎn)，電業(yè)局管理的I盟鋁開(kāi)關(guān)和東方希望（三門峽）鋁業(yè)有限公司的35KV進(jìn)線開(kāi)關(guān)3511的保護(hù)整定值本應(yīng)匹配，但實(shí)際相差較大，且通過(guò)計(jì)算我們可能得出：此時(shí)的故障電流已大于電業(yè)局管理的I盟鋁開(kāi)關(guān)的速斷保護(hù)整定值，但沒(méi)有大于東方希望（三門峽）鋁業(yè)有限公司的3511開(kāi)關(guān)的速斷保護(hù)整定值，這就是東方希望（三門峽）鋁業(yè)有限公司的3511開(kāi)關(guān)沒(méi)有動(dòng)作，而電業(yè)局的I盟鋁開(kāi)關(guān)速斷動(dòng)作的原因。這個(gè)問(wèn)題需要東方希望（三門峽）鋁業(yè)有限公司與電業(yè)局協(xié)商，調(diào)整整定定值或改變保護(hù)方式。我們建議電業(yè)局取消電流一段保護(hù)，投入線路差動(dòng)保護(hù)，現(xiàn)已執(zhí)行。

2）正常情況下，本次斜邊上的事故點(diǎn)1鋁21電抗器的進(jìn)線電纜頭處短路，本不應(yīng)影響到相鄰線路，但弧光和弧光過(guò)電壓卻造成了直角頂點(diǎn)4鋁11電抗器的出線電纜頭和斜邊上另一電抗器5鋁11電抗器的出線電纜頭也同時(shí)發(fā)生短路。此說(shuō)明原設(shè)計(jì)電抗器中心距布置不合理，即中心距小。此問(wèn)題發(fā)生后，我們也查了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)院的這種設(shè)計(jì)方案也是合乎標(biāo)準(zhǔn)的，但事實(shí)說(shuō)明：雖然設(shè)計(jì)合乎標(biāo)準(zhǔn)，卻實(shí)實(shí)在在的發(fā)生了因電抗器布置間距小，又造成了事故擴(kuò)大的嚴(yán)重后果。同時(shí)所有電抗器均布置在一個(gè)無(wú)相互隔離的電抗器室內(nèi)。這種布置由于電抗器之間只有1.6m的空間，電抗器與相鄰電抗器的進(jìn)出線電纜之間相互交叉，一旦一個(gè)電抗器電纜頭發(fā)生故障，不可避免的會(huì)影響到相鄰電抗器的正常運(yùn)行，這是其設(shè)計(jì)不合理的一個(gè)重要方面，為此我們?yōu)榱藦氐捉鉀Q電抗器進(jìn)出線電纜相互交叉這種嚴(yán)重安全隱患。我們將原電抗器室進(jìn)行了改造。即新建一個(gè)電抗器樓，規(guī)范布置，其布置的安全距離在滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的條件下，還將每一個(gè)電抗器相互隔離，各自獨(dú)立的布置在一個(gè)房間內(nèi)，從根本上解決以上問(wèn)題，方案如圖3。

圖3

備注：此論文是東方希望（三門峽）鋁業(yè)有限公司發(fā)生的一期嚴(yán)重電氣事故，我們討論分析后，對(duì)設(shè)計(jì)院的設(shè)計(jì)方案提出疑義，并進(jìn)行了徹底改造，此電抗器樓設(shè)計(jì)參照了國(guó)家電力電抗器的室內(nèi)設(shè)計(jì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。

[1]電力電抗器樓設(shè)計(jì)依據(jù).電力建設(shè)施工質(zhì)量驗(yàn)收及評(píng)定規(guī)程.（第一部分：土建工程）DL/T5210.1-2005.

[2]電力電抗器布置依據(jù)變壓器.高壓并聯(lián)電抗器和母線保護(hù)及輔助裝置標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)規(guī)范（國(guó)家電網(wǎng)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)）.