6 kV F－C開關爆炸事故原因分析及處理

李澤財，茍建偉，安小軍，魯毅東

(華能銅川電廠，陜西銅川727100)

目前，大多數電廠一般不配置專用的快速母線保護，而是依賴發變組分支后備保護延時切除母線短路故障，一般延時為1.5～2.0 s。故障的延時切除，加大了設備的損傷程度，甚至造成開關爆炸，嚴重威脅到人員的安全和系統設備的安全運行。因此，為了保證高壓廠用系統的安全運行，本文分析了1起600 MW發電廠廠用6 kV F－C開關爆炸的事故處理經過，指出了設置6 kV母線保護的必要性，并提出了快速母線保護方案。

1 事故分析

1.1 事故現場檢查情況

2010－11－24 T00:16:00，某600 MW發電廠2號機6 kV工作IIB段B汽泵前置泵F－C開關間隔運行中突然發生爆炸，機組被迫降負荷。開關爆炸導致相鄰間隔及6 kV工作IIA段部分間隔開關均有不同程度損壞。開關柜門被電弧沖落到地上，開關上半部全部燒損，下半部基本完好，B相真空泡破損，B汽泵前置泵開關柜左、右側及相鄰開關柜被電弧擊穿1個孔洞，母線室左右兩側穿墻套管燒損，母線熱縮套全部燒損，母線支持絕緣子燒損，相鄰兩柜母線室母線熱縮套及母線支持絕緣子均有不同程度的損傷，一次電纜CT全部燒損。2號機組A汽泵前置泵開關間隔的保護裝置及二次回路嚴重燒壞，2號機組B爐水循環泵開關、B汽泵前置泵開關開關、C爐水循環泵開關、相鄰的備用間隔屏頂小母線嚴重燒壞，附近的2號機組A引風機開關間隔、D間冷冷卻水泵間隔、2號機組凝結水輸送泵開關間隔、A爐水循環泵開關間隔、母線PT間隔開關面板設備受損。

1.2 發變組保護動作情況

2010－11－24 T00:16:39:998，2號機組發變組保護A、B柜啟動，經過1 721 ms發組保護A柜A2分支過流I，II段動作，1 722 ms發變組保護B柜A2分支過流I、II段動作，保護跳閘出口 A2分支跳閘。

1.3 故障錄波情況

2010－11－24 T00:17:39:982，2號機故障錄波器時間與發變組保護裝置相差59.984 s，2號機組故障錄波器6 kV工作IIB段C相電壓突變啟動，A相電壓突變為96.987 V，B相突變為98.634 V，C相電壓突變為6.25 V，負序電壓為92 V;2號機6 kV工作 B段A相電流為0.783 A，B相電流為0.795 A，C相電流為0.856 A，零序電流為1.732 A;廠高工作變高壓側A相電流為0.952 A，B相電流為0.955 A，C相電流為0.984 A。經過220 ms，2號機6 kV工作B段A相電壓為6.3 V，B相電壓為8.60 V，C相電流為8.24 V;A相電流為26.506 A，B相電流為29.117 A，C相電流為26.011 A;廠高工作變高壓側A相電流為17.461 A，B相電流為17.161 A，C相電流為15.437 A。17分41秒784毫秒，B段電流電壓變為0，故障錄波曲線如圖1所示。

1.4 保護設置及整定

6 kV母線設置兩段過流保護，定值一致，經復壓閉鎖，動作于跳本分支開關，在發變組保護中實現，6 kV母線進線斷路器保護裝置不設置保護。6 kV母線保護定值設置情況如表1所示。

過流定值的整定原則［1］:

1)按正常運行中IIB段任一設備故障快速切除后，全部電動機自啟動及變壓器負荷整定。

2)按正常運行中1臺最大電動機冷態起動及變壓器負荷整定。

3)與6 kV段最大變壓器過流定值及最大電動機電流速斷定值配合整定。

電流取整定原則三者最大值，時間與下一級保護最大延時配合，下級保護最長延時為定時限過流，延時1 s，分支過流保護延時取1.5 s。

表1 6 kV母線保護定值設置情況

1.5 事故分析

故障點最初出現在在C相上觸頭盒內，而且燃弧一段時間后才發生的C相對地短路。故障過程:C相靜觸頭出現異?！\行中觸頭發熱→持續高溫導致觸頭片燒損→動靜觸頭間產生間隙放電→拉弧→電弧從觸頭盒最熱的部位燒穿，絕緣下降→引發C相對金屬柜體拉弧短路→故障繼發為三相相間弧光短路及A相對側板弧光短路。

由于故障發生在開關柜的母線側，不在微機綜保和熔斷器的保護范圍內，所以由上級開關切除故障。事故發生的保護動作過程如下:B汽泵前置泵母線側發生C相接地，經過200 ms左右，發生三相短路，引起開關爆炸著火。1 700 ms左右發變組后備分支保護正確動作，跳開B段工作電源開關，切掉故障點。

2 設置6 kV母線保護的必要性

2.1 短路產生電弧的危害

開關設備內部間隔發生故障而產生的電弧光造成開關設備中的壓力和溫度迅速增加，如不及時切除，將造成以下重大危害:電弧光中心溫度相當于太陽表面溫度的2倍，約為20 000℃，由于過熱將導致銅排、鋁排融毀氣化;電纜融毀，電纜護套著火;過熱導致壓力上升，使開關設備爆炸;開關設備劇烈振動，使固定元件松脫;過熱導致壓力上升，使開關設備爆炸;上一級變壓器承受近距離短路故障沖擊，故障電流產生的電動力可能導致變壓器繞組變形發生匝間短路;故障產生的弧光以300 m/s的速度爆發，可摧毀途中的任何物質，若波及站內直流系統就會使全站直流失電，將造成無法彌補的重大損失及人員傷亡。

電弧光故障的危害程度取決于電弧光電流及切除時間，電弧光產生的能量與I2t成指數規律快速上升［2］，如圖2 所示。

2.2 不同燃弧時間下對設備造成的損壞程度

從圖2可以看出，只有總切除時間小于100 ms，才能保證設備不受結構性損傷。各種燃弧時間下對設備造成的損壞度如表2所示。

表2 不同燃弧時間下對設備造成的損壞度

2.3 設置6 kV快速母線保護的必要性

6 kV高壓開關作為電廠常用的設備，是運行人員經常操作的對象，數量在百臺以上，其可靠性和安全性在電廠中占有舉足輕重的作用。若依靠傳統的配置方案，會使故障切除時間延長，使事故擴大，可能對系統造成極大破壞，甚至人員傷亡。如果在100 ms內能切除故障，那么可以杜絕此類事故的發生，保證人身和設備安全。

3 快速母線保護方案

3.1 級聯方案

快速母線保護功能是在不依賴專門的母線保護裝置的前提下，依靠總進線開關保護與各饋線開關保護的配合來實現的快速母線保護?？偩€開關保護裝置在“級聯輸入閉鎖”功能投入的情況下，其速斷保護經下一級所有饋線的無延時“過流啟動級連輸出接點”閉鎖，即饋線回路有故障時，該饋線保護裝置無時限跳閘，同時發信號至6 kV進線開關內的保護裝置，閉鎖進線開關速斷保護出口。當6 kV母線故障時，饋線保護裝置因檢測不到故障電流而不發出級聯信號，則6 kV進線開關速斷保護以較短時限切除母線故障。

珠海拓普公司生產的TOP9720系列保護裝置可選配此項功能，最快可以在45 ms內切除故障。該保護在大別山電廠得到了較好的應用，投產6 a以來，運行穩定。

3.2 電弧光保護

開關柜內部發生電弧短路故障時，所產生的故障特性量包括產生電弧、壓力上升、電流增大等。電弧保護的主要動作依據是電弧的產生，為進一步提高保護的動作可靠性及提供有選擇的切除故障，將檢測電流增量作為閉鎖條件。當電弧保護系統同時檢測到電弧和過電流時，即發出跳閘命令，切除故障。

電弧保護通常由主單元、電弧及過流檢測單元以及電弧傳感器組成。電弧傳感器可放置在開關設備的任何位置，根據電弧傳感器的實際物理位置可實現保護的分區功能，結合過流檢測單元的保護動作信號，可提供有選擇性地切除各種復雜接線方式的母線保護。

電弧光保護系統的故障切除總時間一般為80～100 ms，可有效避免設備受電弧危害而損壞。目前，在渭河、灞橋等電廠的高壓廠用系統中，電弧光保護系統已得到應用，至今運行情況良好。

4 結論

1)高壓廠用系統的安全運行直接關系到整個電廠的安全可靠性，因此高壓廠用母線的保護配置至關重要。

2)傳統的保護配置時限過長，致使故障延時切除存在很大安全隱患，建議對發電廠高壓廠用母線設置快速母線保護，電弧光保護和級聯保護都是不錯的選擇。

［1］ 李錦屏，郭錫玖，李英偉，等．發電廠高壓廠用分支限時速斷保護的研究［J］．電力設備，2008，9(2):36 －38．

［2］ 董杰，黃生睿，劉全，等．電廠6 kV系統級聯保護方案［J］．電力系統保護與制，2010，38(15):147 －148．