電廠1鋁21電抗器1127短路事故分析及電抗器動力平面布置改造方案

程欽波

東方希望（三門峽）鋁業有限公司電氣管理處，河南 三門峽 472400

2010年11月27日東方希望（三門峽）鋁業有限公司電廠電抗器室鉆入一只貓，貓在10kV 1鋁21電抗器B相上走動時，由于其身高的因素，造成AB相間安全距離不夠，結果相間空氣擊穿，并通過貓的身體發生短路，且弧光過電壓又造成1鋁21電抗器進線電纜頭擊穿，同時又波及相鄰的4鋁11電抗器出線電纜頭和5鋁11電抗器的出線電纜頭同時發生擊穿短路，事故擴大至鋁廠三個高配的一半負荷失電，即鋁廠#1高配的II段、#4高配和#5高配的I段失電；電業局35kV I盟鋁線路跳閘；電廠10kV雙母I、II段孤網運行，孤網不成功后雙母I、II段失電，造成了嚴重的大面積停電事故。簡易系統圖如圖1。

圖1

1 事故前運行方式

35kVⅠ、Ⅱ盟鋁線分別帶35KVⅠ、Ⅱ段，1#主變壓器通過3512和101開關運行于雙母線Ⅰ段、2#主變壓器通過3522和102開關熱備于雙母線II段，母聯開關3500和100均在工作位。#1發電機通過#1F開關運行于10kV雙母線Ⅰ段，#2發電機通過#2F開關運行于10kV雙母線Ⅱ段，且Ⅰ、Ⅱ段通過母聯合環運行。鋁廠所有高配以及電廠廠用10kV配電室均為標準方式運行——單母線分段式（如圖1），即鋁廠所有高配和電廠10kV配電室的I、II段母線分別通過電廠10kV雙母線配電室的出線開關、電廠本線路的電抗器和各高配的I、II段進線開關聯通，所有母聯開關均為熱備狀態。

事故后從后臺查到數據：

1）事故點1鋁21開關速斷保護動作，動作電流127.996A，互感器變比1000/5；

2）事故波及點4鋁11開關速斷保護動作，動作電流43.99A，互感器變比1000/5；

3）事故波及點5鋁11開關速斷保護動作，動作電流78.11A，互感器變比600/5；

4）另從電業局后臺機查到：35kV I盟鋁線路出線開關速斷保護動作，動作電流19A，互感器變比600/5，相關設備保護定值如表1：

表1 電廠10kV雙母配電室鋁廠出線開關保護定值表

2 事故電抗器動力平面布置（如圖2）

圖2

電抗器1鋁21、4鋁11和5鋁11中心距成直角三角形布置（如圖2），中心距離分別為CD=3m、DE=3m和CE=4.242m，電抗器直徑為1.4m。故障點發生在電抗器1鋁21的A、B相間，弧光過電壓造成電抗器1鋁21的進線電纜頭A處擊穿，同時又波及相鄰的4鋁11電抗器出線電纜頭和5鋁11電抗器的出線電纜頭同時發生擊穿短路。事故點AB=1400mm，BC=3000mm，AC=3312mm。

3 事故分析及改造方案

1）貓鉆入電抗室后，在10kV 1鋁21電抗器的B相上走動，由于其身高的因素，使得上部A相電抗器線圈的下部和B相電抗器線圈之間的安全距離不夠，結果相間空氣擊穿，并通過貓的身體發生AB相間短路，且弧光過電壓又造成1鋁21電抗器的進線電纜頭擊穿，同時又波及相鄰的4鋁11電抗器的出線電纜頭和5鋁11電抗器的出線電纜頭同時發生擊穿短路，其主保護的開關保護動作——跳閘。這就造成了鋁廠#1高配的II段、#4高配和#5高配的I段失電。從表1（保護定值表）也可以看出：其電源側開關的保護均正確動作，證明電廠雙母10kV和35kV電力系統各開關保護定值均整定合理。但該事故造成35kV I盟鋁線路開關（由電業局管理）動作，說明電業局線路保護整定不合理。由表1（保護定值表）也可以看得出這一點，電業局管理的I盟鋁開關和東方希望（三門峽）鋁業有限公司的35KV進線開關3511的保護整定值本應匹配，但實際相差較大，且通過計算我們可能得出：此時的故障電流已大于電業局管理的I盟鋁開關的速斷保護整定值，但沒有大于東方希望（三門峽）鋁業有限公司的3511開關的速斷保護整定值，這就是東方希望（三門峽）鋁業有限公司的3511開關沒有動作，而電業局的I盟鋁開關速斷動作的原因。這個問題需要東方希望（三門峽）鋁業有限公司與電業局協商，調整整定定值或改變保護方式。我們建議電業局取消電流一段保護，投入線路差動保護，現已執行。

2）正常情況下，本次斜邊上的事故點1鋁21電抗器的進線電纜頭處短路，本不應影響到相鄰線路，但弧光和弧光過電壓卻造成了直角頂點4鋁11電抗器的出線電纜頭和斜邊上另一電抗器5鋁11電抗器的出線電纜頭也同時發生短路。此說明原設計電抗器中心距布置不合理，即中心距小。此問題發生后，我們也查了相關標準，設計院的這種設計方案也是合乎標準的，但事實說明：雖然設計合乎標準，卻實實在在的發生了因電抗器布置間距小，又造成了事故擴大的嚴重后果。同時所有電抗器均布置在一個無相互隔離的電抗器室內。這種布置由于電抗器之間只有1.6m的空間，電抗器與相鄰電抗器的進出線電纜之間相互交叉，一旦一個電抗器電纜頭發生故障，不可避免的會影響到相鄰電抗器的正常運行，這是其設計不合理的一個重要方面，為此我們為了徹底解決電抗器進出線電纜相互交叉這種嚴重安全隱患。我們將原電抗器室進行了改造。即新建一個電抗器樓，規范布置，其布置的安全距離在滿足國家標準的條件下，還將每一個電抗器相互隔離，各自獨立的布置在一個房間內，從根本上解決以上問題，方案如圖3。

圖3

備注：此論文是東方希望（三門峽）鋁業有限公司發生的一期嚴重電氣事故，我們討論分析后，對設計院的設計方案提出疑義，并進行了徹底改造，此電抗器樓設計參照了國家電力電抗器的室內設計規范和標準。

[1]電力電抗器樓設計依據.電力建設施工質量驗收及評定規程.（第一部分：土建工程）DL/T5210.1-2005.

[2]電力電抗器布置依據變壓器.高壓并聯電抗器和母線保護及輔助裝置標準化設計規范（國家電網公司企業標準）.