低壓電纜短路沖擊廠用高壓母線事故分析

張 科

(寧夏電投西夏熱電有限公司，寧夏 銀川 750021)

0 概述

2017-04-20，某廠1號(hào)機(jī)組小修，2號(hào)機(jī)組負(fù)荷100 MW；B給水泵變頻運(yùn)行，A給水泵工頻備用；B凝結(jié)水泵運(yùn)行，A，C凝結(jié)水泵備用；A，C循環(huán)水泵運(yùn)行，B循環(huán)水泵備用；A，B，D制粉系統(tǒng)運(yùn)行，C，E制粉系統(tǒng)備用；A，B引風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行；A，B送風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行；A，B一次風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行；電除、濕除投運(yùn)；公用變檢修，廠用備用變壓器運(yùn)行；2號(hào)、4號(hào)、5號(hào)空壓機(jī)運(yùn)行，1號(hào)、3號(hào)、6號(hào)空壓機(jī)備用；協(xié)調(diào)投入，AGC投入，機(jī)、爐、電各系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定。

1 事故經(jīng)過(guò)

2017-04-20T08:53，運(yùn)行人員監(jiān)盤發(fā)現(xiàn)2號(hào)機(jī)B給水泵電流、轉(zhuǎn)速下降，出力降低，2號(hào)爐B送風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)、2，4號(hào)空壓機(jī)、電除、濕除跳閘，儀用壓縮空氣氣壓低報(bào)警，廠用備用變高低壓側(cè)開關(guān)跳閘，380 V公用段失壓，協(xié)調(diào)、AGC跳閘。

08:54，運(yùn)行人員立即手動(dòng)啟動(dòng)2號(hào)機(jī)A給水泵運(yùn)行，調(diào)整汽包水位正常。經(jīng)電氣運(yùn)行人員確認(rèn)，故障原因?yàn)閺S用備用變高壓側(cè)6 kV 6224B開關(guān)出口避雷器爆裂。

09:13，將主廠房備用段切至廠用380 V IB段接帶，恢復(fù)公用段供電，逐步恢復(fù)以上跳閘設(shè)備的運(yùn)行。

09:30，投入2號(hào)機(jī)組CCS，AGC，保持2號(hào)機(jī)組100 MW負(fù)荷運(yùn)行。

廠用電部分接線如圖1所示。

2 原因分析

該廠廠高變采用保定天威集團(tuán)有限公司的SFF10-40000/15.75自然循環(huán)風(fēng)冷雙分裂變壓器，有1個(gè)15.75 kV高壓繞組和2個(gè)6.3 kV低壓分裂繞組。2個(gè)低壓分裂繞組的額定電壓和額定容量都相同，中性點(diǎn)分別經(jīng)過(guò)1個(gè)40 Ω的接地電阻構(gòu)成小電流接地系統(tǒng)，當(dāng)任何一個(gè)廠用分支發(fā)生故障時(shí)，不影響另一個(gè)廠用分支運(yùn)行。

2號(hào)機(jī)6 kV廠用母線故障錄波如圖2所示。

(1) 6 kV IIB 段廠用分支發(fā)生短路故障后，6 kV IIA段的負(fù)載仍可在額定電壓下運(yùn)行。

(2) 0時(shí)刻，施工人員違章作業(yè)造成2期施工電源分支電纜單相接地，故障開始。因該廠6 kV系統(tǒng)為小電流接地系統(tǒng)，所以在發(fā)生單相接地故障時(shí)非故障相電壓升高倍。

(4) 在7—15 ms時(shí)間段，離故障點(diǎn)最近的廠用備用變高壓側(cè)6224B開關(guān)出口避雷器因過(guò)壓使絕緣性能降低而閃絡(luò)放電。

(5) 在15—70 ms時(shí)間段，避雷器擊穿爆裂，形成三相短路，6 kV IIB段母線失壓，電壓低于額定電壓的 20 %，持續(xù)時(shí)間大約 50 ms，但 6 kV IIA段母線電壓沒有發(fā)生波動(dòng)，依然正常運(yùn)行，使得2號(hào)爐A側(cè)風(fēng)機(jī)運(yùn)行正常。在6 kV IIB段母線失壓期間，造成2號(hào)機(jī)B電泵、2號(hào)爐B送風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)3個(gè)變頻器設(shè)備停運(yùn)。因當(dāng)時(shí)機(jī)組負(fù)荷低，未發(fā)生鍋爐滅火事故。

圖1 廠用電部分接線

(6) 在70—74 ms時(shí)間段，廠用備用變高壓側(cè)6224B開關(guān)速斷保護(hù)動(dòng)作，低壓側(cè)Z400開關(guān)、高壓側(cè)6224B開關(guān)跳閘，切除故障點(diǎn)，使6 kV IIB段母線電壓恢復(fù)正常。380 V公用段失電，運(yùn)行的2號(hào)、4號(hào)空壓機(jī)失壓跳閘，只有5號(hào)空壓機(jī)運(yùn)行，造成整個(gè)儀用壓縮空氣系統(tǒng)壓力低報(bào)警。隨后運(yùn)行人員及時(shí)將380 V公用段負(fù)荷切至380 V主廠房I段接帶，恢復(fù)了2號(hào)、4號(hào)空壓機(jī)運(yùn)行，保證了儀用系統(tǒng)的氣壓正常。

該廠1號(hào)、2號(hào)機(jī)B電泵、送風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)均為變頻電機(jī)，其變頻器是由北京樂普四方方圓科技有限公司提供的LPHT系列高壓變頻調(diào)速裝置。該變頻器由整流器和逆變器(逆變件為IGBT)2部分組成，具有過(guò)壓、失壓、瞬時(shí)停電保護(hù)功能。在逆變器失壓或停電后，將滿足變頻器繼續(xù)工作一個(gè)短時(shí)間td，若失壓或停電時(shí)間to小于td，變頻器將平穩(wěn)過(guò)度運(yùn)行；若失壓或停電時(shí)間to大于td，變頻器自我保護(hù)停止運(yùn)行。一般td為15—25 ms，只要電源“晃電”較為強(qiáng)烈，to在25 ms以上，變頻器自我保護(hù)停止運(yùn)行，使電機(jī)停運(yùn)。

此次事故中，6 kV IIB段母線失壓時(shí)間持續(xù)大約50 ms，造成2號(hào)機(jī)B電泵不出力，2號(hào)爐B送風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)跳閘，使得協(xié)調(diào)、AGC跳閘，而C循環(huán)水泵、D磨煤機(jī)綜保低電壓保護(hù)動(dòng)作時(shí)限設(shè)置延時(shí)時(shí)間為9 s,加之B一次風(fēng)機(jī)跳閘前選停磨組時(shí)未選D磨，所以它們都順利躲過(guò)了故障。同時(shí)，電除、濕除電場(chǎng)控制裝置均為變頻設(shè)備，電場(chǎng)跳閘后需就地逐個(gè)復(fù)位各分電場(chǎng)欠壓報(bào)警后，方可在盤面逐個(gè)投運(yùn)。

圖2 2號(hào)機(jī)6 kV廠用母線故障錄波

3 暴露的問題

(1) 2期施工單位動(dòng)土施工作業(yè)人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境不熟悉。

(2) 安監(jiān)人員監(jiān)護(hù)不到位，且施工預(yù)埋臨時(shí)電纜未做標(biāo)記。

(3) 2期施工電源 6 kV 6223B 開關(guān)出線接有5臺(tái)施工變壓器，為節(jié)約費(fèi)用，只在該高壓側(cè)開關(guān)裝了過(guò)流保護(hù)和零序接地保護(hù)，各變壓器低壓側(cè)均未裝任何保護(hù)；且在預(yù)估施工電源容量時(shí)高估了800 kVA左右，使得該開關(guān)的整定值偏大，未能在第一時(shí)間切除故障點(diǎn)，導(dǎo)致故障范圍擴(kuò)大至6 kV IIB段，造成對(duì)廠用高壓母線的沖擊。

(4) 高壓變頻器抗“晃電”能力和自啟動(dòng)能力不足。

4 整改措施

(1) 加強(qiáng)對(duì)外來(lái)施工單位人員的安全培訓(xùn)、技術(shù)交底和施工監(jiān)督工作。

(2) 技術(shù)部門對(duì)預(yù)埋電纜進(jìn)行詳細(xì)的圖紙繪制和就地標(biāo)注工作。

(3) 繼保班組重新設(shè)置2期施工電源6 kV 6223B開關(guān)的綜保定值，并給各個(gè)施工分支變壓器低壓側(cè)配備合適的保護(hù)。

(4) 檢修部門對(duì)變頻設(shè)備進(jìn)行改造。結(jié)合變頻器的工作原理和工作方式可知，采用抗“晃電”系統(tǒng)是解決變頻器低壓跳閘的最好辦法。同時(shí)，具有變頻器功能的轉(zhuǎn)機(jī)電源最好具備變頻運(yùn)行方式跳閘自動(dòng)切換工頻運(yùn)行方式的功能。

5 結(jié)論

一些電廠在2期擴(kuò)建期間存在1期與2期間的作業(yè)交叉，而保證1期機(jī)組安全運(yùn)行和2期基建工作的穩(wěn)步推進(jìn)，是每個(gè)作業(yè)者不可回避的責(zé)任。通過(guò)此次事故過(guò)程的推演，可以確認(rèn)2期人員違規(guī)施工是此次事故的起因，而2期施工電源總開關(guān)保護(hù)定值設(shè)置偏大是此次事故范圍擴(kuò)大的主因，進(jìn)而導(dǎo)致了一系列設(shè)備跳閘事故。由于運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)及時(shí)、處置得當(dāng)，才未造成嚴(yán)重的后果。應(yīng)以此次事故為戒，從人員培訓(xùn)、施工監(jiān)管、設(shè)備優(yōu)化各個(gè)方面把好關(guān)，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理，從根本上杜絕類似事故的發(fā)生，確保機(jī)組的安全、可靠及穩(wěn)定運(yùn)行。