小水電站兩起電氣設備事故分析及預防措施

劉 曦，周翰澤，孫景釕，施正釵，陳瓊良

(1.國網浙江省電力有限公司溫州供電公司，浙江 溫州 325000；2.華北電力大學電氣與電子工程學院，北京市 102206)

1 概 述

我國農村地區小水電站較多,裝機容量大小不一,發出電力基本上并入電網,也有自成小供區管理,對農村的電力供應起著一定的補充作用。但是小水電站在人員技術、運行管理、資金投入方面均比較薄弱，設備也比較老舊，常會發生一些不安全現象和事故。筆者對在工作中遇到的兩起小水電站電氣設備方面的事故進行分析，并提出相應預防措施，以助力提高小水電站的安全運行水平。

2 水輪發電機因過電流燒壞定子線圈事故

2.1 事故經過

某水電站裝有1臺沖擊式水輪發電機，裝機容量800 kW，發電機定子電壓6.3 kV，經過1 250 kVA、10/6.3 kV主變壓器升壓至10 kV并入近區電網運行。該近區用電接有負荷大約1 000～1 500 kW左右，除消納小水電電力以外，還要從電網輸入一部分電力(見圖1)。

圖1 某水電站近區用電接線示意

當小水電站不發電時，近區用電由電網供應，電網線路因各種原因發生解列時，近區用電必須先拉閘一部分負荷才可以由小水電站單獨供應；一般情況下避免單機運行的方式。

某日，發電機正在并網運行，帶負荷約750 kW左右。這時電網端10 kV線路桿上真空斷路器B突然發生跳閘(事故后經巡查發現附近樹木有碰觸導線的痕跡，桿上真空斷路器內有瞬時過電流保護引起跳閘)，電站成了單機運行，近區全部負荷由電站來供應。這時運行值班人員正好有事離開了工作崗位，無法進行調節拉閘關機，自動調速器增大開度，發電機在低頻率下超負荷運行。大約經過半小時左右，發電機內冒出煙霧，整個水電站廠房內都煙霧彌漫；值班人員發現后經緊急停機關閘并用滅火器撲滅了發電機煙霧。事故處理完畢后拆開發電機機殼檢查，發現發電機三相定子線圈因過熱已燒毀，后來只好把整座發電機進行更換。

2.2 事故原因分析

(1)運行值班人員工作責任心不強，上班期間離開工作崗位，使發電機處于無人監視情況下運行。當電網端發生跳閘時，發電機長時間處于單機超負荷運行，因過電流使發電機定子線圈溫度過高而燒毀，運行值班人員負有直接責任。

(2)水電站自動化程度不高，發變組保護和10 kV線路保護不完善。事后檢查10 kV線路過電流保護整定值偏高，過負荷保護發告警信號，當時值班人員不在崗也無法進行調節。設備不完善，保護沒有啟動，不能在單機超負荷運行時自動跳閘停機也是一個原因。

2.3 防范措施

(1)企業應加強對值班人員工作責任心的教育，加強對值班紀律的考核。要規定在運行值班期間不能離開工作崗位，要嚴格執行運行值班制度、設備巡回檢查制度和交接班制度。在《農村水電站技術管理規程》(SL 529—2011)中對水電站值班人員的要求有下列規定：

第4.0.2條 值班人員應嚴格崗位職責，完成當值運行、維護、操作和日常的管理工作。

第4.0.4條 運行人員應認真嚴格執行交接班制度。

第4.0.5條 值班人員應按設備巡回檢查制度要求，對運行設備定時、定點按巡視路線進行巡視檢查。

第4.0.6條 值班人員發現設備缺陷，應按照設備缺陷管理制度要求進行處理。

對上述規定，值班人員應認真執行，單位也要加強對值班人員的技術培訓，以提高處理事故的能力。

(2)要按照《繼電保護和安全自動裝置技術規程》(GB/T 14285—2016)要求，完善小水電設備的保護。對小水電10 kV出線要裝設過負荷保護，動作發告警信號；過電流保護和速斷保護動作斷開10 kV出線開關A。對發電機變壓器組要裝設過負荷保護發告警信號，過電流保護作10 kV線路過電流保護的后備保護，以較長時間跳開發變組開關C。差動保護做發電機變壓器組的主保護，動作時除斷開發變組開關C和發電機滅磁開關外，還要作用停機。繼電保護的整定值要經有資質單位專業人員核算。

可以看出，區內外高校的認識最大區別在于“預算安排不合理，預算執行進度”，主要原因是區外部分高校的預算改革已取得比較明顯的進步，預算安排、預算執行信息化程度遠高于區內高校，“預算安排不合理，預算執行進度慢”已不成為主流。

(3)對水輪發電機的自動調速器、油壓裝置、緊急停機裝置等自動化設備和繼電保護裝置等每年要定期檢查維護和試驗，以確保處于完好狀態。《農村水電站技術管理規程》中有明確規定：

第2.0.6條 水電站自動化設備應安全、可靠。

第2.0.8條 設備、設施的缺陷消除率應達到100%。

第2.0.9條 按規定進行設備、設施評級，水電站設備、設施的完好率達到100%，其中一類設備、設施應大于80%。

其中對自動調速器應達到一類設備并符合下列規定：

對繼電保護裝置達到一類設備并符合下列規定：

該小水電站經過設備整治、改造，提高了自動化水平。值班人員經過技術培訓，加強運行管理，現已達到農村水電站安全生產標準化要求。

3 變壓器差動保護在外部發生短路時誤動作跳閘停電事故

3.1 事故經過

某水電站裝有1臺水輪發電機，額定容量1 200 kW，發電機電壓6.3 kV，經1 600 kVA、10/6.3 kV、Yd—11接線主變升壓至10 kV，并入近區10 kV電網運行。主變壓器裝設微機型差動保護，其電流回路的原理接線如下所示(見圖2)。

圖2 主變差動保護電流互感器回路接線示意

安裝時保護經過調試，情況良好，在帶負荷1 000 kW時測量差動保護的三相差電流數值是A相0.025Ie、B相0.025Ie、C相0.026Ie,三相平衡且數值小。2020年某日在巡檢時測量差動保護差電流值在同樣負荷情況下為A相0.026Ie、B相0.027Ie、C相0.217Ie,三相出現不平衡，且C相差電流明顯增大；這說明回路存在缺陷，應進一步檢查原因。正在考慮檢查方案時，某月某日，因附近近區用電1個用戶250 kVA桿上變壓器發生內部故障燒毀事故，其短路電流使該水電站的10 kV出線過電流保護和主變差動保護都啟動。由于差動保護是瞬間動作的，造成主變壓器高低壓側斷路器跳閘發生停電事故。

3.2 事故原因分析

事故后，即進行詳細檢查和試驗。先外觀檢查主變壓器無異常，然后作主變壓器直流電阻測定、變比測定、絕緣電阻及吸收比測定、油耐壓試驗等，均合格，而且重瓦斯保護沒有動作；所以基本判斷故障不在變壓器內部，差動保護屬于誤動作。接著檢查差動保護電流互感器和二次回路時，發現在10 kV C相電流互感器二次出線端子K處有碰外殼接地(因為10 kV開關柜內的電流互感器是電纜串心式，由于安裝位置很緊密，在運行中靠邊的C相電流互感器位置有稍移動，使二次接線端子K處碰到了外殼),相當于電流互感器二次側短路，分流了大部分二次電流。從圖2中可以看出，流入微機保護的高壓側二次電流Ic減少了，引起差點保護C相差電流增大。當主變壓器外部發生短路時，差動保護的C相差電流大幅增大至保護啟動。把C相電流互感器安裝位置作調整重新固定好以后，運行時再測量主變差動保護的差電流已恢復正常。

3.3 防范措施

應按照《繼電保護和安全自動裝置技術規程》和《繼電保護和安全自動裝置運行管理規程》(DLT 587—2016)做好定期維護和試驗檢測工作，發現缺陷時應安排好技術消除，確保變壓器的保護裝置處于完好狀態。具體應做好下列工作：

(1)設備選型要可靠，有先進性。設備安裝時要確保工藝質量(針對本案，在選開關柜型式時，應考慮電流互感器安裝固定型較好)。

(2)交接試驗要完備，試驗項目要齊全。

(3)每年檢查1次電流回路及各接線端子，并作定值校驗，作保護整組動作傳動斷路器跳閘試驗，確保整定值正確，回路正常。

(4)每月1次在巡檢時測量差動保護的差電流值。