一起電容器閃爆事故的分析及應(yīng)對(duì)方案的實(shí)施*

段 巍，徐春霞，張富強(qiáng)

(1.獨(dú)山子石化公司 乙烯廠 機(jī)動(dòng)處，新疆 獨(dú)山子 833699；2.克拉瑪依職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電子與電氣工程系，新疆 克拉瑪依 834099；3.獨(dú)山子供水供電公司 乙烯電氣車間，新疆 獨(dú)山子 833699)

電力系統(tǒng)的負(fù)載類型中感性負(fù)載居多數(shù)。用電單位普遍使用電力電子設(shè)備，致使電網(wǎng)功率因數(shù)偏低[1]。較低的功率因數(shù)不僅使得設(shè)備有功功率無法充分利用，而降低了設(shè)備利用率，加大了供電投資成本，還會(huì)損害電壓質(zhì)量，較大程度地增加線路熱損耗，折損設(shè)備的使用壽命。為了避免這些情況出現(xiàn)，應(yīng)在變電站的母線上并聯(lián)電容器裝置，用于供配電系統(tǒng)的無功功率補(bǔ)償，提高功率因數(shù)，改善供電質(zhì)量。而電力電容器裝置是否安全、有效地工作會(huì)對(duì)整個(gè)供配電系統(tǒng)高質(zhì)量供電、電網(wǎng)電壓穩(wěn)定以及線路設(shè)備的安全產(chǎn)生重大影響[2]。

本文就某石化公司35 kV變電站的10 kV母線運(yùn)行期間電容器發(fā)生閃爆事故，造成多臺(tái)設(shè)備停運(yùn)停產(chǎn)的嚴(yán)重現(xiàn)象，通過現(xiàn)場(chǎng)勘察和事故分析，找出原因，并提出防范和解決措施。

1 事故現(xiàn)場(chǎng)

2015年5月21日凌晨2點(diǎn)06分45秒，某石化公司35 kV變電站10 kV的電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)(Electric Control System，ECS)出現(xiàn)大量報(bào)警信息，根據(jù)信息顯示該變電所供電的聚丙烯裝置擠壓機(jī)、顆粒輸送風(fēng)機(jī)和空壓機(jī)的油泵電動(dòng)機(jī)等大量電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)運(yùn)行停機(jī)的事故。

電氣維護(hù)值班人員緊急到位，進(jìn)行變電站現(xiàn)場(chǎng)勘察，發(fā)現(xiàn)一個(gè)10 kV電容器本體柜發(fā)生嚴(yán)重變形(見圖1)，柜體頂部掀開，煙熏味濃重。由此判斷電容器柜體發(fā)生閃爆，立刻將該電容柜退出運(yùn)行。

圖1 發(fā)生事故的柜體

2 事故原因分析

2.1 電容器閃爆原因

在斷電情況下，打開電容器本體柜檢查發(fā)現(xiàn)，柜體內(nèi)用于保護(hù)電容器的高壓三相熔斷器均熔斷，并有明顯的三相短路跡象。通過觀察外觀發(fā)現(xiàn)，熔斷器B相發(fā)熱，絕緣損壞跡象最明顯(見圖2)。

圖2 故障B相

判斷三相熔斷器故障是由于B相非正常發(fā)熱引起，B相先行熔斷，熔斷后因支架彈力不足，熔體未及時(shí)從熔管中拉出，造成弧光放電形成接地短路，致使B、C兩相相間短路，繼而引發(fā)三相短路(見圖3)。三相短路是造成電容器組閃爆的主要原因。

圖3 三相短路情況

系統(tǒng)三相熔斷器采用上海權(quán)開電氣的RN2-10/0.5A戶內(nèi)高壓限流熔斷器作為電容器組的投切開關(guān)。其技術(shù)參數(shù)如下：額定電壓為10 kV，額定電流為0.5 A，三相斷流容量為1 000 MVA，最大開斷電流的有效值為50 kA，過電壓倍數(shù)不超過2.5倍的工作電壓。查閱產(chǎn)品安裝手冊(cè)，未發(fā)現(xiàn)安裝操作失誤。再翻閱安裝記錄表發(fā)現(xiàn)，該產(chǎn)品的安裝時(shí)間>7 a，運(yùn)行時(shí)限較長(zhǎng)，已經(jīng)出現(xiàn)絕緣老化的跡象。

2.2 電動(dòng)機(jī)停機(jī)原因

該站正常工作時(shí)運(yùn)行方式如圖4所示，1#、2#主變并列運(yùn)行，電容器組C2在工作狀態(tài)時(shí)，10 kV母線Ⅰ、Ⅱ段的隔離開關(guān)QF3及1#、2#主變的隔離開關(guān)QF1和QF2均處于閉合位置。電容器組C2出現(xiàn)閃爆后，QF4自身保護(hù)動(dòng)作跳開，1#、2#主變第一、二套后備保護(hù)過流Ⅱ、Ⅲ保護(hù)第一時(shí)限動(dòng)作跳開10 kV分段QF3，2#主變第一、二套后備保護(hù)過流Ⅱ、Ⅲ保護(hù)第二時(shí)限動(dòng)作跳開QF2，故障設(shè)備切除。該站1#和2#主變第一、二套保護(hù)裝置均采用國(guó)電南自的PSL691U線路保護(hù)測(cè)控裝置，并聯(lián)變壓器組保護(hù)采用PSC691U電容器保護(hù)測(cè)控裝置。裝置投運(yùn)時(shí)運(yùn)行情況良好，定檢情況達(dá)標(biāo)。故障時(shí)，保護(hù)動(dòng)作順序正確。

圖4 35 kV變電站一次系統(tǒng)站內(nèi)運(yùn)行圖

電容器控制柜綜合保護(hù)器故障時(shí)電流錄波圖如圖5所示。由圖5可以看出，三相短路時(shí)，單相電流波峰值達(dá)到11 461.571 A。故障時(shí)電壓錄波圖如圖6所示，由圖6可以看出，單相電壓波谷值降至1 306.747 V，持續(xù)時(shí)間約為60 ms。這使得10 kV母線電壓產(chǎn)生波動(dòng)，該原因是造成2#動(dòng)力線上的聚丙烯擠壓機(jī)、顆粒輸送風(fēng)機(jī)等電動(dòng)機(jī)大面積停機(jī)的直接原因。

圖5 故障時(shí)電流錄波圖

圖6 故障時(shí)電壓錄波圖

3 防范和解決措施

該次事故給生產(chǎn)的穩(wěn)定運(yùn)行造成嚴(yán)重危害，電氣維護(hù)人員通過事故原因進(jìn)行分析，實(shí)施更換受損設(shè)備、串接高壓電抗器和按期定檢設(shè)備等措施。

3.1 更換受損設(shè)備

對(duì)同一時(shí)期投入運(yùn)行的電容器柜體中的高壓三相熔斷器進(jìn)行檢查和測(cè)試，發(fā)現(xiàn)70%的熔斷器存在單相或多相內(nèi)消弧管發(fā)黑和發(fā)熱現(xiàn)象，且運(yùn)行時(shí)間均>7 a，決定統(tǒng)一更換該批次產(chǎn)品。采用ABB公司的VD4真空斷路器替換原來的三相熔斷器。VD4真空斷路器用于保護(hù)和控制發(fā)電機(jī)、電容器組和電纜等供配電設(shè)備。該產(chǎn)品符合GB 1984—2003、DLT403、德國(guó)VIEVDE0670和IEC 62271-100等標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，具有在正常工作和故障條件(尤其短路情況)下，技術(shù)范圍內(nèi)操作運(yùn)行安全可靠等性能，能夠頻繁、多次開斷短路電流，適于重合閘操作。外形立式絕緣套筒的設(shè)計(jì)可防御多種氣候的影響，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。所選用的固定式VD4斷路器技術(shù)參數(shù)如下：額定電壓為12 kV，額定頻率為50～60 Hz，額定電流為630 A(40 ℃)，額定短時(shí)耐受電流為25 kA(持續(xù)4 s)，關(guān)合能力為63 kA。電磁兼容性滿足GB/T 11022-1999和IEC 60694-2002。

3.2 串接高壓電抗器

負(fù)載包含晶閘管整流等諧波源設(shè)備，是引起諧波過電壓的原因，此時(shí)電路等效于RLC串聯(lián)電路，如果電網(wǎng)電壓中某次諧波的頻率fn接近或等于固有頻率f0時(shí)，就會(huì)在諧波電壓un作用下產(chǎn)生諧振。諧振可能引起電網(wǎng)出現(xiàn)較高過電壓，電容器組則可能因?yàn)檫^電壓而損壞，影響電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行[3]。在電容量較大，f0不高的情況下，主要考慮3次、5次高次諧振的影響。為了限制諧波過電壓，采取的措施是在電容器進(jìn)線端串連電抗器XL，進(jìn)行消諧處理。

XL=(5～5.6)%XC

(1)

先算容抗：

(2)

得到感抗：

XL=(5～5.6)%XC=18.1～20.3 (Ω)

(3)

3.3 按期定檢設(shè)備

某石化公司每年4月份進(jìn)行的電氣檢修項(xiàng)目中，將電容器柜的電氣預(yù)防性試驗(yàn)納入檢修項(xiàng)目，主要測(cè)試電容值參數(shù)及其絕緣性能；同時(shí)，對(duì)電容器柜體內(nèi)的斷路器及其他設(shè)備，例如避雷器、溫控裝置和風(fēng)機(jī)等每半年進(jìn)行1次檢查，確保風(fēng)機(jī)和溫控裝置工作正常、電容器柜體通風(fēng)效果良好和泄壓通道暢通[6]。按月巡檢電容器單位的外觀和放電裝置是否良好。

4 結(jié)語(yǔ)

通過半個(gè)多月的整改，2015年6月上旬所有設(shè)備全部更換和安裝完畢，對(duì)于系統(tǒng)的一次側(cè)和二次側(cè)設(shè)備測(cè)試合格后，通電運(yùn)行。迄今工作2年多，該35 kV變電站電容器組運(yùn)行平穩(wěn)，基本無重大事故出現(xiàn)，保證了生產(chǎn)的安全穩(wěn)定進(jìn)行。