一起電動(dòng)機(jī)過(guò)電壓保護(hù)器短路故障事故分析與對(duì)策

楊新凱

（河南能源集團(tuán)安化公司）

0 引言

某工廠(chǎng)供電設(shè)計(jì)為二級(jí)負(fù)荷，分別來(lái)自?xún)蓚€(gè)不同電源點(diǎn)。

變電所2#進(jìn)線(xiàn)電源來(lái)自某220kV變電站10kV高壓室，沿平原路過(guò)光明路、安林高速公路，向東至曙光路至廠(chǎng)10kV變電所。電纜型號(hào)：ZR-YJV22-10-3×400mm2。線(xiàn)路全長(zhǎng)：2×2.12km。設(shè)計(jì)負(fù)荷為20MW，單線(xiàn)路滿(mǎn)足全廠(chǎng)供電需求。

變電所1#進(jìn)線(xiàn)電源來(lái)自某35kV變電站10kV高壓室，沿農(nóng)田路向北過(guò)安瀾大道，向東電纜過(guò)平野路至曙光路路西轉(zhuǎn)向北沿曙光路至廠(chǎng)10kV變電所。電纜型號(hào)：ZR-YJV22-10-3×400mm2，線(xiàn)路全長(zhǎng)：2×3.427km。此條線(xiàn)路最大允許負(fù)荷僅5MW，僅滿(mǎn)足緊急停車(chē)供電需求。

因兩條線(xiàn)路分別來(lái)自?xún)蓚€(gè)不同電源點(diǎn)，平常運(yùn)行模式為2#電源進(jìn)線(xiàn)運(yùn)行，10kV開(kāi)閉所母聯(lián)柜運(yùn)行，1#進(jìn)線(xiàn)僅作為應(yīng)急保安電源使用。

1 事故經(jīng)過(guò)

2021年10月29日，廠(chǎng)區(qū)各生產(chǎn)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，凌晨00:39時(shí)10kV控制室事故警鈴響，控制室及高壓室事故照明亮，后臺(tái)顯示2#進(jìn)線(xiàn)柜電壓、電流指示為零，2#進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)速斷過(guò)流動(dòng)作，且配電室內(nèi)有濃煙冒出，值班人員迅速打開(kāi)事故排煙風(fēng)機(jī)并將全站失壓事故信息及時(shí)上報(bào)主要領(lǐng)導(dǎo)。隨后值班人員在對(duì)高壓柜檢查中發(fā)現(xiàn)1#空壓機(jī)后柜門(mén)變形嚴(yán)重，防爆觀(guān)察孔已開(kāi)裂，安裝于柜底的三相組合式過(guò)電壓保護(hù)器已四分五裂。

2 原因分析

2.1 保護(hù)裝置記錄情況

（1）SSP1#空壓機(jī)數(shù)字式保護(hù)裝置

10月29日00時(shí)39分56秒879毫秒報(bào)電流速斷動(dòng)作跳閘，動(dòng)作電流：Ia=2.513A，Ib=2.502A，Ic=0.2A，動(dòng)作時(shí)間11ms。

（2）開(kāi)閉所1#主進(jìn)線(xiàn)數(shù)字式保護(hù)裝置

10月29日00時(shí)39分56秒885毫秒報(bào)過(guò)流一段動(dòng)作跳閘，動(dòng)作電流：Ia=10.37A，Ib=10.26A，Ic=0.4A，動(dòng)作時(shí)間12ms。

（3）開(kāi)閉所II段PT二次消諧裝置

10月29日00時(shí)39分56秒報(bào)三次諧波諧振過(guò)電壓，諧振頻率：150Hz，開(kāi)口三角電壓36.2V。

2.2 直接原因

經(jīng)查看現(xiàn)場(chǎng)及對(duì)保護(hù)裝置記錄進(jìn)行分析，確定為SSP1#空壓機(jī)過(guò)電壓保護(hù)器B相接地，在故障點(diǎn)發(fā)生電弧，電弧引起系統(tǒng)振蕩，使非故障二相電壓升高很多，擊穿絕緣，繼而發(fā)展成A、B相相間短路，造成主進(jìn)線(xiàn)越級(jí)跳閘從而造成全廠(chǎng)系統(tǒng)停車(chē)的重大事故。

2.3 間接原因

1）10kV開(kāi)閉所主進(jìn)線(xiàn)與單臺(tái)設(shè)備保護(hù)定值設(shè)定不合理，電流速斷延時(shí)均為0秒，未按照規(guī)定要求設(shè)定級(jí)差，從而導(dǎo)致設(shè)備接地或者短路故障發(fā)生時(shí)造成主進(jìn)線(xiàn)越級(jí)跳閘，導(dǎo)致事故擴(kuò)大。

2）電動(dòng)機(jī)過(guò)電壓保護(hù)器產(chǎn)品有瑕疵，采用的為BST6-A-12.7/600A三相組合式過(guò)電壓保護(hù)器，在抽檢試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)部分過(guò)電壓保護(hù)器底座腐蝕，內(nèi)部件晃動(dòng)等情況。

3）廠(chǎng)站主進(jìn)電源設(shè)計(jì)不合理，兩條電源線(xiàn)來(lái)自不同電源點(diǎn)，且其中一條提供負(fù)荷較低，無(wú)法實(shí)現(xiàn)雙回路分段運(yùn)行，增加了全站失壓風(fēng)險(xiǎn)。

4）母聯(lián)備自投保護(hù)裝置功能未啟用，導(dǎo)致事故發(fā)生時(shí)不能利用自動(dòng)裝置恢復(fù)供電，延誤恢復(fù)供電時(shí)長(zhǎng)，導(dǎo)致?lián)p失加劇。

3 技術(shù)整改措施

3.1 供電電源采用雙回路電源供電，負(fù)荷較小一路電源改為保安電源

一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于重要的電氣設(shè)備，為了保證其供電的可靠性，通常采用兩路電源為其供電，這兩路電源的電壓等級(jí)、性質(zhì)等均一樣，且這兩路電源應(yīng)該均來(lái)自同一級(jí)供電系統(tǒng)，正常情況下兩路電源同時(shí)供電，用戶(hù)側(cè)采用單母線(xiàn)分段分列運(yùn)行方式。

其優(yōu)點(diǎn)在于：

1）防止一路供電過(guò)程中出現(xiàn)線(xiàn)路故障，短時(shí)不能修復(fù)，適合連續(xù)性生產(chǎn)企業(yè)等不能長(zhǎng)時(shí)間停電的供電。

2）有利于線(xiàn)路安全穩(wěn)定地供電，負(fù)荷小的時(shí)候可以停止一路供電，對(duì)該路線(xiàn)路進(jìn)行維護(hù)，減少線(xiàn)路故障的幾率。因此建議利用原線(xiàn)路桿塔增加一回電源線(xiàn)路，采用單塔雙回方式為某工廠(chǎng)供電。

但是單塔雙回線(xiàn)路有一個(gè)缺點(diǎn)，當(dāng)桿塔出現(xiàn)故障時(shí)，可能造成兩條電源全部中斷，此時(shí)就需要有供給客戶(hù)保安負(fù)荷的電源即保安電源，保安電源必須是與其他電源無(wú)聯(lián)系而能獨(dú)立存在的電源，或與其他電源有較弱的聯(lián)系，正常電源故障斷電時(shí)，不會(huì)導(dǎo)致另一個(gè)電源同時(shí)損壞的電源，保安電源與其他電源之間必須設(shè)置可靠的機(jī)械式或電氣式連鎖裝置。而某工廠(chǎng)的第二電源剛好滿(mǎn)足此項(xiàng)要求，因此將其改為保安電源更為妥當(dāng)。

供電正常的情況下，電氣設(shè)備使用正常電源，當(dāng)正常電源因故斷電時(shí)，應(yīng)急電源，即保安電源會(huì)在極短的時(shí)間里自動(dòng)切換投入，從而保證電氣設(shè)備供電的連續(xù)性。

3.2 線(xiàn)路主保護(hù)采用線(xiàn)路光纖差動(dòng)保護(hù)，后備保護(hù)設(shè)定限時(shí)過(guò)流保護(hù)

縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)，即輸電線(xiàn)的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)，是用某種通信通道將輸電線(xiàn)兩端的保護(hù)裝置縱向聯(lián)結(jié)起來(lái)，將各端的電氣量（電流、功率的方向等）傳送到對(duì)端，將兩端的電氣量比較，以判斷故障在本線(xiàn)路范圍內(nèi)還是在線(xiàn)路范圍外，從而決定是否切斷被保護(hù)線(xiàn)路，如圖1所示。主要具有以下優(yōu)點(diǎn)：

圖1 線(xiàn)路光纖差動(dòng)保護(hù)原理圖

1）以基爾霍夫電流定律為判斷故障的依據(jù)，原理簡(jiǎn)單可靠，動(dòng)作速度快。

2）具有天然的選相能力。

3）不受系統(tǒng)振蕩、非全相運(yùn)行的影響，可以反映各種類(lèi)型的故障，是理想的線(xiàn)路主保護(hù)。將線(xiàn)路主進(jìn)改造為縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)后，其后備保護(hù)可采用限時(shí)電流速斷保護(hù)，通過(guò)增加短延時(shí)與下級(jí)單臺(tái)設(shè)備設(shè)定時(shí)間級(jí)差，從而躲過(guò)單臺(tái)設(shè)備或變壓器過(guò)流及短路故障反應(yīng)時(shí)間，不僅保障了主進(jìn)線(xiàn)保護(hù)的靈敏性，更解決了單臺(tái)設(shè)備故障導(dǎo)致越級(jí)跳閘問(wèn)題。

3.3 過(guò)電壓保護(hù)器選用新型六柱全相雙安全保護(hù)裝置

近年來(lái)，新材料新工藝的應(yīng)用，使大量的高壓電氣設(shè)備向緊湊型、小型化發(fā)展。配合真空澆注工藝，近20年來(lái)環(huán)氧樹(shù)脂已作為主絕緣材料大量應(yīng)用于變壓器、互感器、絕緣子等領(lǐng)域，其電壓等級(jí)范圍也由10kV發(fā)展到35kV，正好適合組合式過(guò)電壓保護(hù)器在中壓領(lǐng)域的應(yīng)用。氧化鋅元件的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)也進(jìn)行了提高，氧化鋅閥片的制造工藝也進(jìn)一步提升；氧化鋅閥片的性能近年來(lái)提高很快，配合六柱式結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)間隙并保證安全運(yùn)行?；谝陨匣A(chǔ)，一種新型的六柱全相雙安全保護(hù)裝置應(yīng)運(yùn)而生，這種裝置采用六柱式結(jié)構(gòu)，可以在單相接地情況下，安全運(yùn)行，如圖2所示。

圖2 新型過(guò)電壓保護(hù)器電氣原理圖

其內(nèi)部采用了3只三角形接法和3只星形接法的壓敏元件，共6只構(gòu)成互不干擾的三相相間保護(hù)和對(duì)地保護(hù)，配合環(huán)氧樹(shù)脂真空澆注工藝，使六柱保護(hù)器在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上緊湊化，實(shí)現(xiàn)全絕緣處理，保證了產(chǎn)品的安全運(yùn)行。保護(hù)性能比常規(guī)四星型過(guò)電壓保護(hù)器更可靠，更安全。相對(duì)于常規(guī)四星型過(guò)電壓保護(hù)器，相單元持續(xù)運(yùn)行下荷電率偏高，易加速老化降低使用壽命；地單元在出現(xiàn)單相接地時(shí)通流容量不足容易熱崩潰。SAT特種六柱全相保護(hù)裝置，使用了三角形接法進(jìn)行相間保護(hù)，使用了星形接法進(jìn)行對(duì)地保護(hù)，6個(gè)單元各司其職，互不干擾，不再導(dǎo)致常規(guī)四星型過(guò)電壓保護(hù)器的上述問(wèn)題，提高了相間保護(hù)，對(duì)地保護(hù)的可靠性。

同時(shí)具有電機(jī)匝間保護(hù)能力。

3.4 啟用母聯(lián)備自投保護(hù)功能，縮短應(yīng)急恢復(fù)時(shí)間

備用電源自投裝置（備自投） 是電力系統(tǒng)中為了提高供電可靠性而裝設(shè)的自動(dòng)裝置，對(duì)提高多電源供電負(fù)荷的供電可靠性，保證連續(xù)供電有重要作用。某工廠(chǎng)采用的為北京四方廠(chǎng)家生產(chǎn)的CSC-246 數(shù)字式備投裝置。建議啟用備自投保護(hù)功能，具體方案如下：正常運(yùn)行時(shí)，Ⅰ、Ⅱ母均有壓，DL1、DL2在合位，DL3 在分位，如圖3所示 。

圖3 備自投一次主接線(xiàn)圖

Ⅰ母失壓，延時(shí) T1 跳開(kāi) DL1；檢測(cè)Ⅱ母有壓延時(shí)T3 合 3DL 保證正常供電。 Ⅱ母失壓，延時(shí) T2 跳開(kāi)DL2；檢測(cè)Ⅰ母有壓延時(shí) T3 合 3DL 保證正常供電。

3.4.1具體調(diào)試方案

（1）試驗(yàn)前準(zhǔn)備確認(rèn)工作

1）母聯(lián)柜與1#（2#）進(jìn)線(xiàn)柜聯(lián)鎖外接線(xiàn)檢查，校對(duì)：主要包括母聯(lián)備自投跳1#（2#）進(jìn)線(xiàn)，合1#（2#）進(jìn)線(xiàn)、1#（2#）進(jìn)線(xiàn)柜至母聯(lián)柜狀態(tài)信號(hào)、1#（2#）進(jìn)線(xiàn)柜至母聯(lián)柜電流信號(hào)、I段、II段PT柜至母聯(lián)柜電壓信號(hào)，確保外接線(xiàn)準(zhǔn)確無(wú)誤。

2）母聯(lián)柜備自投裝置整定：①將分段備自投方案一控制自投入，備自投軟壓板投入，備自投T1與T3延時(shí)按照要求進(jìn)行整定。②電流電壓定值按照要求進(jìn)行整定。③將備自投合閘、備自投跳2#進(jìn)線(xiàn)、備投總閉鎖硬壓板投入，將備自投分閘、備自投跳1#進(jìn)線(xiàn)、備自投合1#進(jìn)線(xiàn)、備自投合2#進(jìn)線(xiàn)硬壓板退出。

3）檢查確認(rèn)母聯(lián)柜與2#進(jìn)線(xiàn)柜斷路器小車(chē)確在試驗(yàn)位置。

（2）備自投動(dòng)作調(diào)試

1）斷開(kāi)母聯(lián)柜與2#進(jìn)線(xiàn)柜裝置電源與控制電源，利用短接線(xiàn)短接母聯(lián)柜內(nèi)：工作位置接點(diǎn)3#與19#線(xiàn)、隔離聯(lián)鎖接點(diǎn)7#與11#線(xiàn)；短接2#進(jìn)線(xiàn)柜內(nèi)工作位置接點(diǎn)3#與19#線(xiàn)。

2）測(cè)量母聯(lián)備自投裝置I母電壓正常，1#進(jìn)線(xiàn)電流正常，將試驗(yàn)儀器電壓、電流輸出接入母聯(lián)備自投裝置對(duì)應(yīng)的II母電壓與2#進(jìn)線(xiàn)電流端子。

3）合上母聯(lián)柜與2#進(jìn)線(xiàn)柜內(nèi)裝置電源與控制電源，在試驗(yàn)位置將2#進(jìn)線(xiàn)柜斷路器合閘，同時(shí)試驗(yàn)儀器施加三相正常電壓，0.5A電流；延時(shí)20s使備自投裝置滿(mǎn)足充電條件。

4）20s后停止試驗(yàn)儀器的電流與電壓輸出，此時(shí)應(yīng)經(jīng)T1延時(shí)跳開(kāi)2#進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)，再經(jīng)T3延時(shí)后備自投合母聯(lián)，則母聯(lián)備自投合閘成功。

（3）備自投閉鎖試驗(yàn)

1）按照備自投動(dòng)作調(diào)試中將2#進(jìn)線(xiàn)柜試驗(yàn)位置合閘，同時(shí)試驗(yàn)儀器施加三相正常電壓，0.5A電流；延時(shí)20s使備自投裝置滿(mǎn)足充電條件。

2）20s后在2#進(jìn)線(xiàn)柜上操作“分閘”把手將2#進(jìn)線(xiàn)柜手動(dòng)分閘，同時(shí)停止試驗(yàn)儀器的電流與電壓輸出。

3）此時(shí)備自投應(yīng)閉鎖合閘，經(jīng)T1與T3延時(shí)后母聯(lián)柜仍處于分閘狀態(tài)，則母聯(lián)備自投閉鎖成功。

需要特別注意的是：①如圖3中裝置 1 跳進(jìn)線(xiàn)時(shí)，應(yīng)考慮對(duì)側(cè)保護(hù)裝置重合閘時(shí)間；②備投裝置可外擴(kuò)節(jié)點(diǎn)聯(lián)切電容器組，或時(shí)間整定上配合電容器組的失壓保護(hù)時(shí)間定值，靠電容器保護(hù)切除電容器組。

3.5 增加低壓防晃電設(shè)施

電網(wǎng)出現(xiàn)晃電時(shí)，會(huì)引起變頻設(shè)備跳停，工藝不同程度的中斷，造成物料排廢，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量造成一定損失。為了保證工藝生產(chǎn)的連續(xù)性，減少非計(jì)劃停車(chē)，同時(shí)為了節(jié)約搶修時(shí)間，更重要的是為了避免次生的設(shè)備損壞、火災(zāi)和人身傷亡事故的發(fā)生，采用防晃電技術(shù)在供電系統(tǒng)中進(jìn)行應(yīng)用日趨重要。確保某工廠(chǎng)關(guān)鍵變頻設(shè)備以及SSP，公用工程車(chē)間軟啟動(dòng)設(shè)備在電網(wǎng)發(fā)生“晃電”時(shí)，不因低電壓動(dòng)作跳閘，保證生產(chǎn)裝置的連續(xù)、高效、穩(wěn)定的生產(chǎn)?？梢圆扇∫韵麓胧?/p>

1）采用低電壓穿越系統(tǒng)，當(dāng)電網(wǎng)電壓正常時(shí)，變頻器由交流母線(xiàn)供電，發(fā)生 “晃電”時(shí)，變頻器直流母線(xiàn)轉(zhuǎn)由低電壓穿越系統(tǒng)給變頻器提供直流電，以此來(lái)保證變頻器的正常運(yùn)行。

2）SSP和公用工程軟啟動(dòng)設(shè)備增加許繼信息PUMG650系列帶有抗晃電模塊的低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)器，控制回路電源由抗晃電模塊提供，軟啟動(dòng)器內(nèi)保護(hù)值適當(dāng)放大，由綜保對(duì)電機(jī)進(jìn)行保護(hù)，在發(fā)生晃電時(shí)，從而起到防晃電作用。

3）3臺(tái)空壓機(jī)采用給現(xiàn)場(chǎng)電控柜提供穩(wěn)定的UPS電源，晃電時(shí)，保證電控柜內(nèi)元件不發(fā)生誤動(dòng)，確保了空壓機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。

優(yōu)點(diǎn)分析：當(dāng)電網(wǎng)電壓正常時(shí)，變頻器由交流母線(xiàn)供電，低電壓穿越系統(tǒng)處于熱備用狀態(tài)。當(dāng)發(fā)生晃電時(shí)，變頻器直流母線(xiàn)電壓低于低電壓穿越系統(tǒng)輸出電壓，轉(zhuǎn)由低電壓穿越系統(tǒng)給變頻器提供直流電，以此來(lái)保證變頻器的正常工作。當(dāng)電網(wǎng)電壓恢復(fù)時(shí)，裝置自動(dòng)退出工作狀態(tài)，轉(zhuǎn)為熱備狀態(tài)。

3.6 重要設(shè)備配備柴油發(fā)電機(jī)

鑒于某工廠(chǎng)為連續(xù)性生產(chǎn)企業(yè)，一旦停電且不能及時(shí)恢復(fù)時(shí)，將造成大量原料結(jié)焦，堵塞工藝管道，造成巨額經(jīng)濟(jì)損失，因此為重要設(shè)備配備柴油發(fā)電機(jī)就成為重中之重，且柴油發(fā)電機(jī)具有配套設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊、安裝地點(diǎn)靈活、燃油經(jīng)濟(jì)、熱效高、工作可靠、耐久、故障低等優(yōu)點(diǎn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

供電安全的管理工作，不僅僅需要本文所述的技術(shù)革新與改造，還需要完善的安全管理制度，采取的主要管理措施主要有以下幾方面：

1）建立健全各項(xiàng)規(guī)章制度，操作規(guī)程及崗位責(zé)任制，并嚴(yán)格考核執(zhí)行。

2）加強(qiáng)日常使用電維護(hù)監(jiān)管工作，將點(diǎn)檢定修、隱患排查、計(jì)劃?rùn)z修與系統(tǒng)大修進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，確保設(shè)備非帶病運(yùn)行。

3）定期進(jìn)行電氣設(shè)備及保護(hù)裝置預(yù)防性試驗(yàn)并建立檔案，確保設(shè)備保護(hù)齊全，可靠。通過(guò)采取以上幾項(xiàng)措施，將有效避免電氣設(shè)備事故的發(fā)生，有力保障企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量，為生產(chǎn)系統(tǒng)的安穩(wěn)長(zhǎng)滿(mǎn)優(yōu)運(yùn)行奠定扎實(shí)基礎(chǔ)。