泵站電氣中易被忽視的安全隱患分析與防范

泵站電氣中易被忽視的安全隱患分析與防范

朱端來，楊曉芬

(江蘇省駱運(yùn)水利工程管理處，江蘇 宿遷223800)

摘要：本文簡要分析了新建或更新改造的泵站，特別是大中型泵站電氣存在的電流互感器的二次測量與保護(hù)繞組接錯、二次繞組有多個抽頭的電流互感器未用的二次繞組誤短接、不同功能的過電壓保護(hù)器裝配錯誤、微機(jī)保護(hù)使用及維護(hù)不當(dāng)、開關(guān)合閘閉鎖電磁鐵未充分利用、電氣設(shè)備選型錯誤、電氣設(shè)備裝配錯誤等易被忽視的安全隱患，指出了這些安全隱患的危害，提出了相應(yīng)防范措施，提醒有關(guān)人員在驗收檢查中引起重視，以防范此類安全事故在運(yùn)行中發(fā)生。

關(guān)鍵詞：泵站電氣；易被忽視的安全隱患；危害分析；防范措施

中圖分類號：TV675

Analysis of Safety Hidden Danger Easily Neglected

in Pumping Station Electricity and Prevention

ZHU Duan-lai, YANG Xiao-fen

(JiangsuLuoyunWaterConservancyProjectManagementDepartment,Suqian223800,China)

Abstract：In the paper, newly-built or renovated pumping stations are briefly analyzed, especially some easily neglected safety hidden dangers in large and medium-sized pumping station electricity, such as current transformer secondary measurement and protection winding wrong connection, secondary winding wrong connection of unused current transformers with many tapping heads in secondary winding, wrong assembly of voltage protector with different functions, improper use and maintenance of microcomputer protection, insufficient utilization of switch closing latching solenoid, wrong model selection of electrical equipment, wrong assembly of electric equipment, etc. Harm of these safety hidden dangers is proposed, corresponding preventive measures are proposed, related personnel should be reminded for arousing enough attention in acceptance inspection, thereby preventing such safety accidents in operation.

Keywords：pumping station electricity; easily neglected safety hidden danger; harm analysis; prevention measures

1概述

隨著我國水利事業(yè)的快速發(fā)展和現(xiàn)代化建設(shè)步伐的加快，越來越多的大中型泵站正在緊張有序地建設(shè)和更新改造中。筆者經(jīng)歷了南水北調(diào)東線一期工程、江蘇省的江水北調(diào)等多個新建和更新改造泵站的電氣設(shè)備交接試驗和試運(yùn)行工作，及運(yùn)行后的預(yù)防性試驗和故障檢查工作，發(fā)現(xiàn)了一些設(shè)計、安裝等方面的安全隱患，有的在交接試驗或試運(yùn)行中被發(fā)現(xiàn)，有的在運(yùn)行多年后才被發(fā)現(xiàn)，有的可能還一直存在著。這些安全隱患隱蔽性較強(qiáng)，常規(guī)檢查中不易發(fā)現(xiàn)。在此，筆者把這些安全隱患分類羅列出來，分析原因及危害，總結(jié)相應(yīng)防范措施，以提高泵站，特別是大中型泵站的安全生產(chǎn)運(yùn)行，發(fā)揮更大的工程效益。

2泵站電氣中易被忽視的安全隱患分析

2.1電流互感器二次繞組接線錯誤

2.1.1電流互感器的二次測量、保護(hù)繞組接錯

高壓電流互感器一般都具有2個或2個以上的二次繞組，這些二次繞組分別繞在不同的鐵芯上，分為測量繞組和保護(hù)繞組。兩者主要區(qū)別是：測量繞組一般是按照正常運(yùn)行條件下設(shè)計的，鐵芯截面小，飽和倍數(shù)低，在正常運(yùn)行條件下測量精度較高，一般為0.5級，一旦超出范圍，鐵芯很快飽和，二次電流不會按比例上升，可保證二次繞組所接儀表的安全；保護(hù)繞組是按照設(shè)備故障條件下設(shè)計的，鐵芯截面較大，不容易飽和，在設(shè)備故障情況下電流達(dá)到額定電流的幾倍或幾十倍都能保證測量的精度(精度相對較低)，確保繼電保護(hù)準(zhǔn)確、可靠動作。如果電流互感器的二次測量、保護(hù)繞組接反了，將對測量與保護(hù)接錯產(chǎn)生兩方面后果：一是對測量產(chǎn)生的影響。因測量接入保護(hù)繞組，一方面，測量等級降低了，達(dá)不到測量精度要求；另一方面，因電流互感器保護(hù)用電流要達(dá)到幾十倍的額定電流才能飽和，當(dāng)一次設(shè)備發(fā)生短路故障時，導(dǎo)致測量用儀表的指針變形，若是電子測量裝置，瞬時沖擊電流可能對電子元件產(chǎn)生破壞作用。二是對保護(hù)產(chǎn)生的影響。因保護(hù)接入測量繞組，當(dāng)一次設(shè)備發(fā)生短路故障時，測量繞組鐵芯迅速飽和，二次電流達(dá)不到繼電保護(hù)裝置所要求的動作電流而拒動。

可見，電流互感器的二次測量、保護(hù)繞組錯用將導(dǎo)致嚴(yán)重后果，必須引起足夠的重視，在南水北調(diào)泵站電氣試驗過程中，就發(fā)現(xiàn)皂河抽水站、沙集抽水站等多個泵站存在這樣的問題，有的已經(jīng)運(yùn)行多年。

2.1.2二次繞組有多個抽頭的電流互感器未用的二次繞組誤短接

所謂二次繞組有多個抽頭的電流互感器就是電流互感器設(shè)置1個一次繞組，其二次繞組為1個分別在其適當(dāng)匝數(shù)(位置)上接出若干抽頭的繞組，以此來滿足不同變比的要求。使用時根據(jù)實際對變流比的要求，選用適當(dāng)?shù)慕泳€樁頭(抽頭)進(jìn)行接線，其余未用上的抽頭不可作短接處理，一旦作短接處理，這些短接繞組就和已用的繞組并聯(lián)，短接的繞組將分流一部分電流，致使流過測量儀表或繼電保護(hù)裝置的二次電流比實際電流要小，從而導(dǎo)致不能真實反映一次側(cè)負(fù)荷電流的實際情況，測量結(jié)果必將產(chǎn)生極大的負(fù)誤差；若用作繼電保護(hù)，則將會造成一次側(cè)發(fā)生事故(如短路等)時，使應(yīng)該動作的繼電保護(hù)裝置產(chǎn)生拒動故障。此外就是這類電流互感器經(jīng)如此接線后，其變流比會成為一個變數(shù)，變流比會隨著一次負(fù)荷電流的變化而變化，而且其值始終要比正確接線時的變流比大。

此類事例，筆者在泵站試運(yùn)行時多次發(fā)現(xiàn)過，如南水北調(diào)泗陽站主變進(jìn)線GIS開關(guān)內(nèi)的電流互感器就是二次繞組有多個抽頭的，廠家出廠時把其中的B相其余不用的二次繞組短接了，導(dǎo)致主變帶負(fù)載后差動保護(hù)動作，經(jīng)處理后，一切正常。

因此，對二次繞組有多個抽頭的多變比電流互感器，安裝接線時千萬要注意，決不可將沒有用到的接線抽頭作短接處理，安裝接線時，一定要認(rèn)真閱讀產(chǎn)品說明書，弄清楚所采用的電流互感器的結(jié)構(gòu)是二次側(cè)有多個繞在不同鐵芯上的繞組，還是一個具有多抽頭的單獨繞組，之后再進(jìn)行安裝接線，即可防止以上錯誤接線的發(fā)生。

2.1.3差動保護(hù)二次電流回路接地方式錯誤或接地不可靠

差動保護(hù)的二次電流回路接地時，包括各側(cè)電流互感器的二次電流回路必須通過一點可靠接于接地網(wǎng)。因為一個變電站的接地網(wǎng)各點并非絕對的等電位，在不同點之間有一定的電位差，當(dāng)機(jī)組啟動或發(fā)生短路故障時，有較大的電流流入接地網(wǎng)，各點之間將會產(chǎn)生較大的電位差。如果差動保護(hù)的二次電流回路在接地網(wǎng)的不同點同時接地，地網(wǎng)中的不同接地點間的電位差產(chǎn)生的電流將會流入保護(hù)二次回路，這一電流將可能增加差動回路中的不平衡電流，使差動保護(hù)誤動作。還有一種情況就是各側(cè)電流互感器的電流回路的N線都被引到同一點接地，但是其中的一側(cè)或多側(cè)接地不可靠或未接，也將導(dǎo)致差動保護(hù)誤動作，原因與上述類似。

差動保護(hù)二次回路接地的要求是:各側(cè)電流互感器的二次電流回路并聯(lián)后接到保護(hù)裝置的差動電流回路中，所有的二次電流回路必須也只能在并聯(lián)處的公共點一點接地，以免因在不同接地點間產(chǎn)生的電流影響差動保護(hù)動作的可靠性。

南水北調(diào)皂河二站1號主機(jī)啟動時經(jīng)常出現(xiàn)差動保護(hù)跳閘問題，2013年4月，現(xiàn)場檢查二次接線后，發(fā)現(xiàn)主機(jī)中性點差動用電流互感器二次引到開關(guān)柜的N線未接地，導(dǎo)致首尾N線電流產(chǎn)生電位差，特別是機(jī)組啟動時差流就越大，當(dāng)大到超過差動整定值后就動作跳閘，這也是在啟動時差動保護(hù)經(jīng)常跳閘的原因?，F(xiàn)場把主機(jī)尾端的電流互感器二次N線在開關(guān)柜內(nèi)與首端的N線進(jìn)行了統(tǒng)一接地，到現(xiàn)在為止未出現(xiàn)差動保護(hù)誤跳閘現(xiàn)象。

2.1.4電流互感器二次繞組極性接線錯誤

在連接繼電保護(hù)(如差動、功率方向繼電器)、有功和無功功率表、功率因數(shù)表、電能表計時，只有電流互感器的極性連接正確，保護(hù)裝置才能動作正確，儀表才能顯示正常。否則，將會引起帶上負(fù)荷后差動保護(hù)誤動，功率方向繼電器在保護(hù)方向上拒動，有功和無功功率表、功率因數(shù)表反指，有功和無功電能表反轉(zhuǎn)。這些情況在試運(yùn)行中或運(yùn)行中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)，其實都是在交接驗收時沒有進(jìn)行仔細(xì)檢查的結(jié)果。

2.2電氣設(shè)備選型錯誤

筆者在預(yù)防性試驗中，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)多個泵站電氣設(shè)備選型錯誤。其中大部分是避雷器選型錯誤，一是系統(tǒng)電壓6kV避雷器，經(jīng)常被錯誤選用系統(tǒng)電壓為10kV的避雷器；二是電機(jī)中性點避雷器額定電壓經(jīng)常按照電機(jī)額定電壓選配；三是電站保護(hù)用避雷器經(jīng)常被錯誤選用為配電保護(hù)用避雷器。這樣將會導(dǎo)致避雷器起不到有效的過電壓保護(hù)作用，對泵站所保護(hù)的設(shè)備造成絕緣損害甚至擊穿。

2.3微機(jī)保護(hù)選型錯誤

不少泵站兼有反向排水發(fā)電的功能，機(jī)組發(fā)出的電(頻率一般為25Hz、30Hz等)通過變頻機(jī)組發(fā)電上網(wǎng)，這時的主機(jī)保護(hù)裝置就要有不同頻率的設(shè)置功能，否則不在保護(hù)裝置設(shè)計的頻率下運(yùn)行，所采集的電流、電壓等信號測量值與實際值將產(chǎn)生明顯的誤差，不同的保護(hù)裝置產(chǎn)生的誤差不同。南水北調(diào)劉老澗二站發(fā)電時就遇到測量嚴(yán)重不準(zhǔn)的問題，其主機(jī)發(fā)電頻率是30Hz，后來保護(hù)廠家對保護(hù)軟件進(jìn)行了更改，使用抽水、發(fā)電兩套軟件，不同工況需要人工切換，現(xiàn)在一切正常。因此當(dāng)遇到不是工頻或者多個頻率的電源情況下，要對有關(guān)的設(shè)備進(jìn)行頻率影響設(shè)計和選型。

2.4電氣設(shè)備裝配或設(shè)計錯誤

電氣設(shè)備裝配錯誤主要發(fā)生在過電壓保護(hù)器方面，我們知道，過電壓保護(hù)器一般分為電站型(保護(hù)對象為線路、變壓器、母線等)、電機(jī)型、電容型、電機(jī)中性點型等幾種，分別保護(hù)不同的對象，不可以混裝。然而在實際安裝過程中，除電機(jī)中性點過電壓保護(hù)器外，同一個廠家生產(chǎn)的過電壓保護(hù)器外形幾乎相同，如果安裝不仔細(xì)核對，就有可能裝錯，達(dá)不到對不同設(shè)備絕緣等級的保護(hù)作用，易造成設(shè)備絕緣損傷或擊穿，如南水北調(diào)皂河二站開關(guān)柜廠家把線路用的和電機(jī)用的過電壓保護(hù)器混裝了。

在設(shè)計時，由于考慮不全，把設(shè)備的安裝位置設(shè)計錯了。如二級壩泵站，主機(jī)是通過變頻調(diào)速的，每臺主機(jī)有3個開關(guān)控制，依次是主機(jī)進(jìn)線開關(guān)(電源頻率為固定50Hz)、變頻器進(jìn)線開關(guān)(電源頻率為固定50Hz)、變頻器出線開關(guān)(電源頻率為可變頻率)，原設(shè)計把主機(jī)保護(hù)裝置安裝在主機(jī)進(jìn)線柜上，這個沒有錯誤，錯誤就是主機(jī)保護(hù)裝置中的差動保護(hù)兩側(cè)電流輸入，首端電流來自主機(jī)進(jìn)線開關(guān)柜中的CT，尾端電流來自主機(jī)尾端的CT(電源為可變頻率)，兩側(cè)的電流頻率不同，相位也不一定相同，還有微機(jī)保護(hù)運(yùn)行時只能按照其設(shè)計的頻率運(yùn)行，其他不同的頻率輸入將會產(chǎn)生偏離實際值的數(shù)值，最終導(dǎo)致試運(yùn)行時主機(jī)差動動作，無法啟動運(yùn)行，最后只好退出差動保護(hù)，主機(jī)運(yùn)行的危險性將增加。解決的辦法是將首端電流接到變頻器出線開關(guān)柜中的CT，同時首尾兩端CT的特性要盡量一致，因為低頻時CT的測量精度要降低。

2.5微機(jī)繼電保護(hù)使用不當(dāng)

現(xiàn)在新建或更新改造的泵站幾乎都應(yīng)用微機(jī)繼電保護(hù)裝置(簡稱微機(jī)保護(hù))，它比以前的繼電器保護(hù)、晶體管保護(hù)、集成保護(hù)的功能強(qiáng)大很多，實現(xiàn)了用數(shù)字控制(微型計算機(jī))取代模擬控制，通過微型計算機(jī)軟件實現(xiàn)了以前無法實現(xiàn)的多個保護(hù)、控制功能，數(shù)據(jù)采集更精確，保護(hù)功能更強(qiáng)大、更可靠，保護(hù)原理更科學(xué)，人機(jī)對話更方便等。然而，由于我們對微機(jī)保護(hù)這種設(shè)備還不熟悉，導(dǎo)致在微機(jī)保護(hù)的使用等方面存在一些問題。

2.5.1未充分發(fā)揮微機(jī)保護(hù)功能

現(xiàn)在的微機(jī)保護(hù)裝置集測量、保護(hù)、控制于一體，主要的保護(hù)功能種類包括電動機(jī)保護(hù)的差動、速斷、過流(包括正序、負(fù)序過流)、過負(fù)荷(包括定、反時限過負(fù)荷)、熱模式過負(fù)荷、機(jī)械堵轉(zhuǎn)、過電壓、低電壓、低頻減載、溫度保護(hù)、開關(guān)量保護(hù)、機(jī)組啟動保護(hù)等。然而我們的使用還停留在以前的繼電保護(hù)方面，只是簡單地套用原來的保護(hù)配置，熱模式過負(fù)荷、機(jī)械堵轉(zhuǎn)、溫度保護(hù)、機(jī)組啟動保護(hù)等一些新的保護(hù)功能都被關(guān)閉了，大大浪費了資源，同時，也減弱了保護(hù)作用，對設(shè)備存在一定的安全隱患。

2.5.2保護(hù)整定不合適

微機(jī)保護(hù)定值整定和以前的繼電保護(hù)有很多不同的地方，主要表現(xiàn)在電流、電壓等返回系數(shù)大大提高，都達(dá)到0.95及以上，幾乎接近于1；固有動作時間越來越小，上下級保護(hù)動作時間級差可以整定到0.2～0.3s，這就要求我們要重新核定以前的保護(hù)定值，使保護(hù)動作更靈敏、更快速，在設(shè)備故障萌芽狀態(tài)即切除電源，保證設(shè)備受到最小傷害。

筆者在做微機(jī)保護(hù)試驗過程中，發(fā)現(xiàn)很多泵站定值整定都還停留在以前的模式中，沒能發(fā)揮微機(jī)保護(hù)的優(yōu)勢，一旦發(fā)生故障，設(shè)備將受到嚴(yán)重?fù)p傷，事故范圍將進(jìn)一步擴(kuò)大，造成更大的損失。

2.5.3運(yùn)行管理維護(hù)不當(dāng)

由于微機(jī)保護(hù)人機(jī)對話界面較友好，運(yùn)行值班人員等都可以通過面板上按鈕或鍵盤進(jìn)行操作，但是有不少人員對微機(jī)保護(hù)裝置操作不熟悉，特別是國外進(jìn)口的部分保護(hù)裝置還是英文界面，容易進(jìn)行誤操作、誤修改等，導(dǎo)致保護(hù)誤動或拒動，筆者在試驗中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)此類事件，建議管理單位加強(qiáng)微機(jī)保護(hù)管理工作，采取專人管理、密碼管理等措施。

2.6電氣設(shè)備連接處存在壓接松動、虛壓、虛焊等問題

電氣設(shè)備的電氣連接通常分為電氣一次回路連接和電氣二次回路連接。

2.6.1電氣一次設(shè)備連接存在的問題

電氣一次設(shè)備一般通過母排、電纜等連接，由于泵站負(fù)荷較大，要求必須壓接緊固，否則會出現(xiàn)連接樁頭發(fā)熱，甚至出現(xiàn)連接樁頭燒毀事故，筆者在預(yù)防性試驗中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)斷路器、電纜等連接樁頭表面燒黑、變色現(xiàn)象，嚴(yán)重影響泵站運(yùn)行安全。

2.6.2電氣二次設(shè)備連接存在的問題

電氣二次設(shè)備一般通過各種連接端子、壓接端子、焊接等連接，連接處較多，也是安全隱患較多的地方，主要表現(xiàn)在以下方面：

a.端子壓接松動。常見的有端子燒毀，運(yùn)行中控制、保護(hù)失效，造成失控、保護(hù)拒動等故障或事故。

b.端子虛壓。常見的有導(dǎo)線接頭絕緣剝除不夠，安裝時把部分絕緣也壓進(jìn)端子了，導(dǎo)致接觸不良或根本不接觸。

c.焊接不良或虛焊。常見的有焊接面處理不好(如焊接面臟污、氧化層未處理干凈)或焊接工藝不夠(如焊接溫度太低、焊接材料使用不當(dāng))，長期運(yùn)行會造成發(fā)熱、接觸不良等故障。

d.插接件問題。常見的有由于本身安裝時焊接不牢、插頭或插座內(nèi)的導(dǎo)體未安裝到位插入后無法接觸到、插座壓力不夠及插座活動、接觸不良、無法接觸，或沒有按照正確方法進(jìn)行插拔、動作粗魯野蠻等造成斷路器中的航空插頭、開關(guān)柜中的二次插頭、儀表和保護(hù)的二次輸入輸出插頭等經(jīng)常出現(xiàn)問題。

e.電流互感器連接端子互相搭接，電流互感器的二次繞組引出端子之間距離很小，當(dāng)連接導(dǎo)線時，如果導(dǎo)線位置調(diào)整不好，經(jīng)常會和相鄰導(dǎo)線的線插根部互搭，造成其間短路，引起測量不準(zhǔn)和保護(hù)誤動(如差動保護(hù))或拒動。

2.7開關(guān)合閘閉鎖電磁鐵未充分利用

泵站的開關(guān)大多不帶有合閘閉鎖電磁鐵，一般只能防止電氣操作誤合閘，而不能防止機(jī)械操作誤合閘，這樣存在一定安全隱患，特別是泵站用的高壓同步電動機(jī)，正常要滿足事故閘門全開、冷卻水壓力正常、勵磁裝置電源正常、勵磁裝置在工作位置等多個條件(統(tǒng)稱允許合閘條件)后才可啟動運(yùn)行，否則將啟動失敗或發(fā)生事故。如果這些允許合閘條件不串接在閉鎖電磁鐵線圈中，而是按照常規(guī)直接串接在合閘線圈回路中，雖然允許合閘條件不滿足時斷路器電氣操作不能合閘，但是斷路器的機(jī)械操作照樣合閘不誤，不受任何條件影響，因為此時的閉鎖電磁鐵線圈被直接接上了控制電源(這種情況下，閉鎖電磁鐵線圈必須通電，否則允許合閘條件滿足也不能合閘)，此時合閘閉鎖電磁鐵就完全失去作用。

3防范措施

3.1加強(qiáng)電氣施工設(shè)計圖紙的審核工作

對于新建或更新改造的泵站，要加強(qiáng)電氣施工設(shè)計圖紙的審查、核對、改進(jìn)工作，組織建設(shè)單位、管理單位等相關(guān)專家、技術(shù)人員進(jìn)行反復(fù)考察，論證，力求做到準(zhǔn)確，重點審查設(shè)備的選型是否合適、設(shè)備的接線是否正確、設(shè)備的控制保護(hù)原理是否科學(xué)規(guī)范等。

3.2做好監(jiān)督檢查

電氣設(shè)備的制造、安裝質(zhì)量和工藝，關(guān)系著泵站電氣是否能夠安全運(yùn)行，因此，電氣設(shè)備制造廠家和安裝施工單位，要嚴(yán)格按照質(zhì)量和工藝要求，認(rèn)真做好每個環(huán)節(jié)；建設(shè)和監(jiān)理部門加強(qiáng)監(jiān)督檢查工作，做到嚴(yán)要求，零容忍。

3.3做好電氣設(shè)備到貨后核對工作

電氣設(shè)備到貨后或安裝結(jié)束后，建設(shè)單位要組織相關(guān)部門的技術(shù)人員，對設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)檢查和核對工作，特別要注意設(shè)備型號、接線等方面工作。

3.4做好電氣連接端子重新緊固工作

在電氣設(shè)備進(jìn)行調(diào)試和試運(yùn)行前，要對電氣設(shè)備的一次和二次連接端子進(jìn)行檢查和緊固工作，特別是保護(hù)回路、跳閘回路的連接端子要重點檢查和緊固。

3.5做好電氣二次回路通電檢查調(diào)試工作

電氣二次回路的通電檢查調(diào)試是檢驗其設(shè)計、安裝工作是否正確，設(shè)備質(zhì)量和性能是否達(dá)標(biāo)的關(guān)鍵工作，檢查調(diào)試要全面、認(rèn)真、仔細(xì)，盡量模擬運(yùn)行中出現(xiàn)的各種問題進(jìn)行檢驗，達(dá)到檢驗的目的，特別要檢查電流電壓回路、保護(hù)跳閘回路、分閘回路等重要回路。

4結(jié)語

泵站電氣設(shè)備中存在的易被忽視的安全隱患，其實大多數(shù)都是在設(shè)計、安裝等工作中由于設(shè)計考慮不全面，安裝和檢查不認(rèn)真、不仔細(xì)、疏忽大意等造成的，只要管理單位、檢查部門認(rèn)真履行職責(zé)，就能杜絕一切人為安全事故發(fā)生，保障工程安全運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]馮平.正確使用二次繞組有多個抽頭的電流互感器[J].農(nóng)村電工，2007(7)：27.

[2]郭潤生.電流回路多點接地對變壓器差動保護(hù)的影響[J].繼電器，2008,36(7)：80-82.