低壓變壓器短路引起的高壓側(cè)母線故障事故分析及防范

宋 曉

(中國化工滄州大化股份有限公司 電氣車間,河北 滄州 061000)

1 事故經(jīng)過

總變電站是一個雙電源單母線分段,內(nèi)外雙橋式接線方式。雙電源電壓均為 35 kV,分別供給 I,II段母線,有兩臺16000 kVA主變壓器變?yōu)?6 kV電壓經(jīng)母線供生產(chǎn)用電。35 kV和6 kV母線都有聯(lián)絡(luò)開關(guān)345和645。正常時35 kV兩段都投入運行,兩段互做備用。變電站采用單母線分段接線形式,用斷路器把母線分段后,對重要設(shè)備可以從不同段引出兩個回路,有兩個電源供電。當(dāng)一段母線發(fā)生故障,分段斷路器自動將故障段切除,保證正常母線不間斷供電和不致使重要設(shè)備停電。內(nèi)外雙橋式接線,可以提高改變輸電線路運行方式的靈活性;對變壓器和電源進線回路操作都很方便[1]。總變電站系統(tǒng)圖如圖1所示。

2010年 8月 2日 14點 35分左右,當(dāng)時氣候炎熱,室外溫度38℃,濕度60%?？傋冸娬究刂剖彝蝗恢醒胄盘柋P的事故及預(yù)告信號發(fā)出了“10變2#變壓器接地報警”光子牌(10變2#變壓器是公司的井河水泵房的2#變壓器)信號頻繁瞬時亮起數(shù)次,此時應(yīng)為10變2#變壓器瞬間接地數(shù)次。10 s后“10變2#變壓器接地報警”光子牌常亮,伴有預(yù)告信號鈴聲,此時應(yīng)為10變2#變壓器接地。2 s后事故及預(yù)告信號又發(fā)出了“6 kVII段系統(tǒng)接地”信號,其光子牌常亮,又過了 2 s后事故及預(yù)告信號又發(fā)出了“6 kVII段電壓互感器熔斷器熔斷”信號,其光子牌常亮,并伴有預(yù)告鈴聲。此時 6 kV配電室內(nèi)的情況是6102(10變2#變壓器開關(guān)柜)的位置信號指示燈全滅(紅,綠燈),6102斷路器的機械機構(gòu)位置信號牌還是顯示在合閘位置,能聞到刺鼻的氣味,斷路器的機構(gòu)中冒出了白色的煙。這時用手動切除控制開關(guān)已經(jīng)不管用。6 kV電壓互感器的熔斷器三相全部熔斷。這是控制室中控制盤上顯示“6 kV的分段斷路器自投動作”信號動作,光子牌常亮。說明6 kV母聯(lián)分段開關(guān)645自投成功,并伴有事故笛響起。立刻事故及預(yù)告信號盤上發(fā)出了“6 kV I段系統(tǒng)接地”信號,光子牌常亮。當(dāng)時值班員立即手動切除了6 kV母聯(lián)分段開關(guān)645和6 kV II段母線斷路器開關(guān) 602,此時6 kV II段母線電壓消失,2#主變空載運行,事故及預(yù)告信號盤上的“6 kV I段系統(tǒng)接地”信號消失,光子牌滅。

圖1 總變電站 35 kV,6 kV系統(tǒng)圖

公司的“井河水泵房”有兩臺變壓器(10變1#,2#),泵房從地下抽取的地下水供給全公司的工藝設(shè)備生產(chǎn)用水,蓄水池儲水,消防用水以及廠內(nèi)生活用水。此次停電事故造成總變電站6 kV II段母線停電2 d,生產(chǎn)供水減少1/2,許多現(xiàn)場工藝設(shè)備不能正常運行,工藝生產(chǎn)車間停車 2 d,10變 2#變壓器噴油爆炸,總變6 kV配電室 6102斷路器燒毀。直接經(jīng)濟損失 300多萬元。

2 事故分析

10變 2#變壓器因為發(fā)生相間短路故障,造成過流繼電器動作,過流信號為非選擇性的。變壓器的高低兩側(cè)跳閘,低壓側(cè)母線斷路器4102過流保護經(jīng)1.2 s延時動作跳閘成功,總變電站的事故及預(yù)告信號已經(jīng)動作發(fā)出信號,6 kV配電室的6102開關(guān)柜的過流保護應(yīng)該在3 s后動作跳閘,但是因為斷路器本身的機械機構(gòu)卡死,未能及時跳開斷路器,造成事故擴大越級。將6102變壓器的短路故障電路延伸至6 kV II母線,而6 kVII段母線斷路器602認(rèn)為6102過流信號已動作,所以602的過流信號不會動作,造成母線系統(tǒng)接地故障信號發(fā)出,6 kV II段的短路電流將該段的電壓互感器的熔斷器熔斷,電壓互感器失電,系統(tǒng)誤判斷為 6 kV II低電壓保護信號動作,母聯(lián)分段斷路器645開關(guān)誤自投。又將故障短路電流延伸至 6 kV I段母線上,事故擴大。如果不能立即切除故障將會造成總變電站6 kV母線I、II失電,全公司停電,工藝車間原料報廢,設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞的危險。故障被切除后由于短路電流的長期存在造成6102斷路器燒毀,10變 2#變壓器噴油爆炸。

事故及預(yù)告信號動作順序：10變 2#變壓器接地報警→6 kV II段系統(tǒng)接地→6 kV II段電壓互感器熔斷器熔斷→6 kV分段斷路器自投成功→6 kV I段系統(tǒng)接地。接地故障如圖2所示,過流繼電器動作時限如圖3所示。

圖2 10變2#變壓器接地故障圖

圖3 過流保護時限配合示意圖

3 改造措施

3.1 調(diào)整實驗周期

電氣設(shè)備的電氣試驗固然重要,能發(fā)現(xiàn)設(shè)備本身存在的問題,還應(yīng)根據(jù)設(shè)備運行的實際情況調(diào)整試驗周期,此次事故因6102斷路器已運行將近18個月未停運作電氣傳動試驗,斷路器機械機構(gòu)故障未能發(fā)現(xiàn),發(fā)生了原可以避免的故障,造成事故的擴大。電氣設(shè)備的試驗周期最長時間應(yīng)為一年一次。新投入的斷路器投入前或大修后斷路器投入前均應(yīng)進行斷路器的耐壓試驗,試驗斷路器斷流能力,應(yīng)用開斷電流代替斷流容量。取斷路器實際開斷時間(為繼電保護動作時間與斷路器固有分閘時間之和)的短路電流作為試驗條件。

3.2 定期巡視檢查

目前的容量較小的變壓器現(xiàn)場安置在戶外露天式,變壓器旁邊無圍墻和頂棚遮攔。造成變壓器短路故障是多方面的,有變壓器內(nèi)部故障和外部原因造成的,應(yīng)該積極防御。為了防止有人攀爬變壓器和變壓器遭到空中落物,應(yīng)在變壓器周圍加蓋圍墻和架設(shè)頂棚防治空中落物和陽光暴曬雨雪侵蝕。電力設(shè)施所處的環(huán)境是相當(dāng)復(fù)雜和千變?nèi)f化的,最容易受到環(huán)境變化的影響,所以規(guī)定要對電器設(shè)備和設(shè)備場區(qū)進行定期巡視檢查。其目的是監(jiān)視,檢查設(shè)備運行或使用的情況,是否發(fā)生缺陷、異常,場區(qū)是否有危險情況后危險物等[2]。

3.3 更新電氣設(shè)備

適當(dāng)更新電氣設(shè)備,新電氣設(shè)備有以往電氣設(shè)備不可比擬的優(yōu)勢,彌補了舊電氣設(shè)備上的缺陷。比如先進的數(shù)字電器保護設(shè)備比以往機械式繼電器動作的靈敏性和準(zhǔn)確性準(zhǔn)確很多,能保障設(shè)備迅速可靠動作。在6102開關(guān)柜上棄用了老式的模擬信號保護設(shè)備,采用了深圳中電電力技術(shù)有限公司的 PMC-6510微機型保護測控裝置。它的電源采用100 V-5 A,交直流兩用。與站二次電源相匹配,保護動作反應(yīng)時限短,幾乎可以達(dá)到0秒準(zhǔn)確動作。

3.4 過流保護重新整定計算

動作電流按躲過并列運行中切除一臺變壓器時所產(chǎn)生的過負(fù)荷電流。公司10變 1#,2#兩臺變壓器容量相等按下式[2],

式中,Idz為動作電流;Kk為可靠系數(shù);Kh為返回系數(shù);m為并列運行的變壓器的臺數(shù);Ie為每臺變壓器的額定電流。

10變 1#,2#變壓器電源側(cè)的過電流保護,與低壓側(cè)過電流保護相配合的計算公式為

式中,I′dz為分段(母聯(lián))斷路器上過流保護的動作電流;Ifh?i為與所考慮的變壓器相連的母線段的正常動作電流。

繼電器動作電流按下式計算：

式中,Kjx為電流互感器接線系數(shù);n1為電流互感器變比。靈敏系數(shù)按下式計算

式中,Id? j? min為計算運行方式下,靈敏度系數(shù)效驗點發(fā)生短路時,流過繼電器的最小短路電流(可采用穩(wěn)態(tài)短路電流 )。

在斷路器上加裝失靈保護,斷路器失靈保護作為一種近后備保護方式得到了普遍采用,其目的是當(dāng)發(fā)生故障斷路器拒動時,快速而有選擇性地切除故障。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障,失靈保護就是通過故障元件的保護,作用于本變電站相鄰斷路器跳閘。斷路器失靈保護相電流判別元件的靈敏度系數(shù)大于 1.3,應(yīng)能躲過正常運行的負(fù)荷電流。失靈保護延時元件的整定時限應(yīng)大于斷路器的跳閘時間與保護裝置的返回時間之和,并有一定的裕度[4]。

4 結(jié)束語

經(jīng)過上述方案的改造,10變2#變壓器投入前對6102斷路器及其繼電保護裝置進行電氣試驗后,斷路器均能斷開正常負(fù)荷電流和故障短路電流。繼電保護裝置輸入上述公式的計算數(shù)值能滿足要求準(zhǔn)確動作。經(jīng)過一段時間的正常運行后設(shè)備一切正常。此后相繼對6 kV配電室其他開關(guān)柜進行了相同的改造后運行穩(wěn)定效果明顯。

[1]朱良鐳,王萍,丁雁.電力工程電氣設(shè)計手冊：一次部分 [M].北京：中國電力出版社,1991：65-70.

[2]王錫生.大型變電站實施分級巡視的探討 [M].北京：中國電力出版社,2003：193-199.

[3]李潤琴,紀(jì)素青,丁雁.電力工程電氣設(shè)計手冊：二次部分 [M].北京：中國電力出版社,1991：707-714.

[4]李素芯.電氣運行人員技術(shù)問答 [M].北京：中國電力出版社,1997：274-281.