10kV系統(tǒng)快切裝置動作故障分析

劉興華+張立英

摘 要：2014年10月，青銅峽鋁業(yè)股份公司寧東鋁業(yè)分公司供電車間空壓站10kV系統(tǒng)新增快切裝置調(diào)試過程中出現(xiàn)I段母線失電，快切裝置動作失敗，造成該段母線失電，5臺空壓機及1臺發(fā)電機跳機故障。通過本次事故，分析該系統(tǒng)快切裝置拒動原因，提出合理的的運行方式，防止出現(xiàn)快切裝置誤動事故。

關(guān)鍵詞：快切裝置；供電系統(tǒng)；繼電保護

一、 故障前運行方式

空壓站兩路10kV電源分別引自10kV總配207、208開關(guān)柜，接帶空壓站兩臺進線開關(guān)柜901、902?？諌赫劲瘛ⅱ蚨文妇€各帶5臺空壓機、1臺循環(huán)水變及汽機Ⅰ、Ⅱ段聯(lián)絡(luò)線?？偱溥M線開關(guān)207、208，空壓站進線開關(guān)901、902及汽機聯(lián)絡(luò)線開關(guān)915、916，汽機進線開關(guān)101、102全部在運行狀態(tài)，母聯(lián)開關(guān)300、900、100全部在熱備狀態(tài)，空壓站母聯(lián)柜快切裝置投運?？諌赫劲穸?臺空壓機及1臺變壓器運行，負(fù)荷約5500kW。汽機車間1#發(fā)電機運行，額定功率6000kW，故障前接近滿負(fù)荷運行。具體運行方式見圖1。

二、 故障原因

1.故障經(jīng)過

2014年10月22日，供電車間與快切裝置廠家將快切裝置安裝完畢后進行模擬空壓站Ⅰ段電源失電，母聯(lián)自投的動態(tài)試驗。試驗時運行人員斷開總配901開關(guān)，出現(xiàn)母聯(lián)900自投不成功，空壓站Ⅰ段所帶5臺空壓機（3#空壓機、5#空壓機、7#空壓機、9#空壓機、11#空壓機）及汽機發(fā)電機全部跳機故障。

2.原因分析

根據(jù)保護故障波形及快切裝置切換報告分析，切總配207開關(guān)后，空壓站1#進線901失電，快切裝置無流起動（快切裝置無流起動條件是電流小于0.05A，頻率小于49.5Hz，兩者同時滿足條件）。受1#發(fā)電機影響，207開關(guān)斷開后，空壓站Ⅰ段母線頻率不能立即降到49.5Hz，快切裝置不能立即啟動，錯過了劃差快速切換的時間。經(jīng)一段時間的延時后，汽機1#發(fā)電機因負(fù)荷不平衡，OVP保護跳機，空壓站Ⅰ段母線頻率逐步降到49.5 Hz，快切裝置滿足無流啟動的判據(jù)條件，這時Ⅰ母殘壓已經(jīng)滯后于Ⅱ母電壓角度差為142°在非安全區(qū)，需要等待殘壓下降到實時快速切換設(shè)定參數(shù)（角差，壓差，頻差內(nèi)）采用實時快速切換方式。由于實施快速切換裝置默認(rèn)的允許合閘的壓差、角差頻差較大。母聯(lián)900合閘時快切裝置檢同期時捕捉到網(wǎng)側(cè)（Ⅱ母）與待并側(cè)（Ⅰ母）電壓差ΔU=135.74%、角差Δθ=-830，在母聯(lián)900合閘瞬間沖擊電流（約2400A左右），超過母聯(lián)900速斷定值（速斷值900A，延時0s），所以母聯(lián)速斷保護動作跳閘，發(fā)電機速斷保護跳閘，空壓機因母線失壓，低電壓保護跳閘。圖2為母聯(lián)900切換時速斷保護動作波形圖。

3.裝置動作報告

起動時間：2014/10/22 15：27：23：586

起動方式：無流起動

切換方向：進線1→母聯(lián)

切換方式：串聯(lián)

實現(xiàn)方式：實時快速切換

切換結(jié)果：切換成功

01切換起動：

Uab2 99.90% ΔU=190.96%

Uab1 101.83% Δf=0.52Hz

f2 50.03 Hz Δθ=142.40

f2 49.51 Hz Δf/Δt=0.00Hz/s

Ia1 0.00A 進線1開關(guān) 合位

Ia2 0.33A 進線2開關(guān) 合位

母聯(lián)開關(guān) 跳位

02跳進線1開關(guān)開始：

Uab2 99.90% ΔU=190.96%

Uab1 101.83% Δf=0.52Hz

f2 50.03 Hz Δθ=142.40

f2 49.51 Hz Δf/Δt=0.00Hz/s

Ia1 0.00A 進線1開關(guān) 合位

Ia2 0.33A 進線2開關(guān) 合位

母聯(lián)開關(guān) 跳位

03跳進線1開關(guān)成功：

Uab2 100.19% ΔU=195.5%

Uab1 101.88% Δf=0.54Hz

f2 50.03 Hz Δθ=150.70

f2 49.49 Hz Δf/Δt=0.00Hz/s

Ia1 0.00A 進線1開關(guān) 跳位

Ia2 0.33A 進線2開關(guān) 合位

母聯(lián)開關(guān) 跳位

04合母聯(lián)開關(guān)開始：

Uab2 101.11% ΔU=135.74%

Uab1 101.96% Δf=0.69Hz

f2 50.03 Hz Δθ=-830

f2 49.34 Hz Δf/Δt=0.00Hz/s

Ia1 0.00A 進線1開關(guān) 跳位

Ia2 0.33A 進線2開關(guān) 合位

母聯(lián)開關(guān) 跳位

05合母聯(lián)開關(guān)成功：

Uab2 100.94% ΔU=119.49%

Uab1 102.11% Δf=0.71Hz

f2 50.04 Hz Δθ=-72.10

f2 49.32 Hz Δf/Δt=0.00Hz/s

Ia1 0.00A 進線1開關(guān) 跳位

Ia2 0.33A 進線2開關(guān) 合位

母聯(lián)開關(guān) 合位

4.結(jié)論

在該次故障發(fā)生的主要原因是試驗人員對系統(tǒng)不熟，沒有考慮到發(fā)電機對系統(tǒng)的影響，只按照常規(guī)快切裝置的試驗方法進行試驗。第二，試驗前，技術(shù)人員未充分了解快切裝置無流切換的條件，忽略了發(fā)電機及空壓機旋轉(zhuǎn)電動勢對母線頻率的影響。第三，快切裝置殘壓切換時設(shè)置門檻值過高，裝置在電壓差ΔU=135.74%、角差Δθ=-830的情況下合母聯(lián)900，造成母聯(lián)沖擊電流過大，900合閘失敗。第四，母聯(lián)900開關(guān)速斷保護定值未及時校正，以配合快切裝置動作。

三、 改進措施

1.減小快切裝置實時快速切換允許的角差范圍，降低母聯(lián)合閘時的沖擊電流，防止造成母聯(lián)、發(fā)電機電流沖擊過大。同時調(diào)整母聯(lián)速斷定值及延時，以躲過母聯(lián)合閘沖擊。

2.更改快切裝置啟動判據(jù)，取消頻率判據(jù)條件或提高頻率切換值，減少系統(tǒng)切換時間，使快切裝置盡可能在第一輪劃差階段實現(xiàn)快切。

3.在汽機發(fā)電機發(fā)電運轉(zhuǎn)期間，禁止投入空壓站快切裝置。

參考文獻：

[1] 李玉華、霍大勇，供電線路不當(dāng)投切的事故分析[J].工業(yè)安全與環(huán)保，2010，36（3）：26-29.

[2] 段俊程，供配電系統(tǒng)的可靠性和連續(xù)性[J]，建筑電氣，2008（8）：0-13.endprint