一起礦區變電站火災事件的調查分析

郭學文，沈 瓊

(1.國網湖北省電力有限公司，湖北 武漢 430077；2.國網湖北省電力有限公司安全監管中心，湖北 武漢 430077)

0 引言

某鐵礦礦區110 kV變電站P有主變2臺(1號、2號),110 kV電源進線2回(L1，L2)，采用內橋接線，戶外敞開式布置；6 kV側采用單母線四分段接線，戶內布置。

日常工況時，2號主變運行，1號主變冷備用；電源進線L2主用，L1備用，由電力公司負責調度；4段6 kV母線全部由2號主變供電，由礦區自行調度。變電站運行維護由礦區負責，變電站采取有人值班模式。變電站一次接線如圖1所示。

圖1 變電站一次接線

1 事件回顧

某日，礦區變電站值班人員在綜合樓2樓主控室聽到1樓傳來巨響，窗戶外有火光和煙霧，煙霧報警器報警。發現2號主變壓器起火后，值班人員立即撥打119報火警，聯系電力部門申請停電(調度臺留存聯系方式錯誤，延誤了時間)。最終，由電源進線L2對側變電站的N06開關保護動作，切斷P變電站供電。

2 現場勘查

2.1 一次設備情況

2號主變壓器油枕油位計顯示油枕中已無絕緣油，主變壓力釋放閥動作噴油，壓力釋放閥、油枕下部等有局部熏黑痕跡。2號主變壓器事故時起火，斷電后自然熄滅，變壓器靠調壓開關端油箱壁向外膨出變形，變壓起火造成配電室中22，24，26，28，30，32，34，36，38，39，40 號等 11 面開關柜嚴重損毀，母線排全部熔化。39，40號柜為2段母線的主變進線柜，分別對應開關編號P06，P08。損毀最為嚴重的開關柜分布情況如圖2陰影部分所示。

2.2 二次設備情況

6 kV電壓切換裝置有嚴重放電痕跡，2號主變保護屏低后備保護P08開關電流回路有燒傷痕跡。6 kV開關柜上的所有繼電保護裝置全部燒毀，控制室內6 kV配電室二次電纜、電纜豎井電纜、控制室電纜入口處電纜均嚴重燒毀。直流屏外觀完整，所有饋出空開均在斷開位置(部分空開故障時自動跳開，其余空開是事后人工斷開的，但無操作記錄)。蓄電池外觀完整，其中6號和71號電瓶上標有“某月更換”字樣。交流系統1號和2號所用變的所有400 V饋線開關均在合閘位置，所用饋出動力電纜均燒毀。

2.3 保護及后臺信息情況

站內有2臺監控機，1號監控機沒有本次故障記錄，但有最近的遙信變位信號，直流系統告警信號發出已持續數月。2號監控機也沒有本次故障記錄，最近1次保護事件記錄、遙信變位記錄均發生在上年。

因此，推斷近1年多時間內，2號后臺監控機監控功能已失效，僅1號后臺監控機正常運行。2號主變保護裝置顯示當天先后發生差流越限保護動作、有載調壓閉鎖保護動作、過負荷保護動作、低壓測P06開關后備保護復合電壓保護動作及低壓測P08開關后備保護復壓方向過流動作。

3 事故原因

根據配電室開關柜現場燒毀情況，判斷故障起始點為母線電壓互感器22號PT柜。據歷史檢修記錄和現場調查，可排除雷擊、設備老化受潮等原因，分析為PT鐵磁諧振過電壓造成22號柜發生相間短路。當22號PT柜相間故障時，2號主變低壓側后備保護動作跳P06，P08。但故障后，站用電交流同步消失，站用直流電源電壓隨即同步大幅下降，因直流蓄電池組存在故障(欠壓嚴重，端電壓只有21 V)，不足以跳開P06，P08開關(可靠動作電壓數據為120 V)。

當故障發展到主變低壓側母線橋時，差動保護動作；當故障發展到主變本體時，非電量保護動作；當故障發展到主變高壓側時，高后備保護動作。但由于保護裝置失去直流電源均無法工作發跳閘命令，最終由主變高壓側進線電源線路L2的對側開關N06保護動作切除故障。保護動作行為正確。

4 暴露問題

4.1 變電站供電方式不合理

變電站運行方式顯示，1號主變備用，2號主變帶4段6 kV母線運行，且全部6 kV設備處于同1間配電室內。當6 kV配電室母線發生故障時(或饋線故障，本開關未正確切除)，極易導致全礦停電或配電室6 kV設備大面積損毀。這種供電方式節約了成本，但降低了供電可靠性。

4.2 未按規定開展預防性試驗

除2臺主變壓器及兩側開關外，所內其他設備均未按照DL/T 596—2005《電力設備預防性試驗規程》規定的周期和標準開展預防性試驗，不能及時掌握設備健康狀況。

4.3 蓄電池采購驗收及運行維護不規范

2013年，該變電站對104只蓄電池進行更換，但采購的蓄電池無法查驗生產日期、所貼防偽標簽無法查驗真偽，更換工作未一次性完成而是持續了半個月。更換時，未進行容量試驗；運行中，未進行核對性充放電。部分換下的舊電池為2006年投運，生產日期不詳，又用作備件零星更換落后電池；且備用電池未進行周期性補充充電。

圖2 損毀最為嚴重的開關柜分布情況

蓄電池組的單體電池電壓的一致性很差，長期運行降低了電池的實際容量。故障后，測量蓄電池組端電壓只有21 V(104只)，容量嚴重不合格。蓄電池失效造成了本次故障擴大。

4.4 綜合自動化系統后臺機管理不規范

2臺后臺機使用的UPS電源已失效1年有余。后臺機賬戶管理混亂，未建立與實際人員相符的賬戶清單，管理員賬戶未設置密碼，任何人都可隨意登錄，無法保證后臺機的設置不被非法改動以及相關數據的安全。事故后查閱后臺機信息，發現本應互為備用的1，2號機數據差別很大，且數據缺失較多。這種狀況不利于日常運行監控和故障分析，對本次事件調查造成很大障礙。

4.5 PT鐵磁諧振過電壓未得到有效抑制

變電站運行檢修記錄顯示，該站一直存在PT鐵磁諧振過電壓的隱患，多次發生PT柜故障。為了治理該隱患，變電站先后加裝了小電流接地選線裝置和消弧線圈，但小電流接地選線裝置的技術可靠性較差，消弧線圈需要與系統參數匹配且維護妥善運行正常，才能發揮作用。加裝上述設備后，變電站諧振過電壓依然存在，治理效果不佳。

4.6 員工技術水平不滿足工作需要

變電站9名值班人員中有6名是當年元月轉崗的，存在學習、培訓不到位，不熟悉相關規程規范的情況。發生本次故障時，2名當班人員均為新近轉崗人員，應急處置不當，未在第一時間手動斷開主變壓器高壓側開關，并在電話聯系電力調度時撥打了錯誤號碼，延遲了故障切除時間。

4.7 重要用戶供電突發事件應急管理不到位

礦區編制的供電突發事件應急預案缺乏針對性和可操作性，預案中僅規定發生供電突發事件時的報告程序，流程描述復雜，沒有寫明當班人員可以立即采取的針對性措施。日常事故預想和應急演練流于形式，沒有達到應有效果。

5 防范措施

5.1 改進變電站供電方式

該鐵礦為井下開采的非煤礦山，對供電可靠性要求很高。建議該變電站2路電源進線、2臺主變壓器同時運行，4段6 kV母線分成2部分運行；合理調配6 kV出線間隔，對礦山特別重要的用電負荷(如礦井)，從2臺主變分別供電至受電地點。對6 kV配電室結構進行改造，設置2個獨立的配電室或在現有配電室中間增加隔墻進行物理隔離。

5.2 加強設備運維管理

嚴格執行《電力設備預防性試驗規程》，對變電站所有設備開展周期預防性試驗和檢修；編制、完善變電站運行規程，按運行規程開展日常運維工作；完善日常運維記錄、缺陷管理及故障分析制度，及時發現并消除缺陷和隱患。

5.3 加強蓄電池運維管理

蓄電池是保障變電站安全的最重要設施之一，相關人員要提高對其重要性的認識，嚴格執行DL/T 724—2000《電力系統用蓄電池直流電源裝置運行維護技術規程》等要求，確保蓄電池始終處于良好狀態。

5.4 加強綜合自動化系統管理

根據變電站人員實際情況在后臺機中建立用戶賬號，登錄人員具有獨立賬號，且對管理員的用戶名、密碼進行嚴格管理。

5.5 采取有效措施治理PT鐵磁諧振過電壓

建議將6 kV的PT換裝為采用4PT(含有獨立的零序PT)接線方式的防諧振產品，同時對系統電容參數進行測量，復核消弧線圈參數是否合適，加強消弧線圈運行維護，確保其正常工作。

5.6 加強員工技術培訓

按需要搜集配置各層級需要掌握的安全、技術規程(規范)，安排所有涉電人員學習，確保熟練掌握《電力安全工作規程》，熟悉所管轄設備的性能和操作方法。

5.7 加強應急管理

全面研究變電站設備配置情況、運行特點，找出薄弱環節，分析可能發生的故障部位、類型和結果。針對故障的不同階段，確定有層次的應對預案，組織應急預案學習，力爭在故障初期就能夠正確、迅速地采取針對性措施，防止事故擴大。

6 結束語

本次事件調查分析過程中，由于全所失電，造成設備燒毀嚴重、監控設備失效、UPS電源故障、監控后臺和保護裝置時鐘不準確，信息記錄不完整等，導致事件的證據收集和故障還原面臨較大困難，也反映出重要電力用戶在供電所人員素質、設備運維、規程完善、預案演練等方面存在諸多問題。建議相關安全監督及管理部門高度重視，以高風險等級看待重要電力用戶的供電安全管理，以專業化的要求提升變電站裝備水平、人員素質和管理水平，確保變電站安全穩定運行。