某石化廠110 kV變電站兩起晃電臨時停車事故分析

周正陽(中海油氣(泰州)石化有限公司，江蘇 泰州 225300)

0 引言

石化行業對連續性生產要求極高，生產裝置對電壓的深幅波動和瞬間失電的承受能力很差，電網稍有擾動即可導致停車[1]，某煉化公司近期東區110 kV I段進線線路兩次故障跳閘，晃電造成裝置臨時停車事故，一次晃電對裝置生產產生較大影響，21.5 h恢復正常運行，另一次晃電對裝置影響輕微，2 h恢復正常運行。

1 東區電力系統正常運行情況

東區110 kV總變電所一次系統圖如圖1所示，110 kV兩路進線由上級兩個220 kV變電所分別架設同塔雙回-濱江化工園區架空電纜混合線路至公司附近終端鐵塔，然后由電纜接入總變電所GIS，正常運行時110 kV總變電站110 kV I、II段母線正常分列運行，110 kV 1#、2#主變分別帶10 kV I、III段母線和II、IV段母線，通過總變10 kV出線帶全廠負荷運行，東區所有下級變電所10 kV、400 V母線正常分列運行。

圖1 東區一次系統圖

2 第一起晃電事故

2.1 事故經過及影響

2019年12月16日21點28分55秒總變發生晃電現象，東區總變電氣班長立即查看總變后臺監控系統，發現總變110 kV快切保護動作，已斷開110 kV東界935進線開關，合上110 kV母聯710開關。全廠由雙回路供電方式切換為東觀線830單回路供電。經初步檢查總變電所110 kV GIS 935間隔無任何保護跳閘信號指示，各氣室壓力正常，東界935線路帶電指示裝置顯示935線路有電。21:30電氣班長與供電公司調度取得聯系，經調度初步確認935線路失電為935線路故障，上級220 kV變電所935柜開關保護跳閘(其后1 h供電公司人員對935線路試送電4次，每次都保護跳閘)。此時由于線路故障未確認消除，總變人員未對當前110kV運行方式進行操作，保持快切動作后的單回路運行。935進線對應我公司110 kV I段進線，全廠I段所帶10kV高壓電機和400 V低壓電機全部停機，對裝置生產影響較大的重要設備催化主風機、增壓機和空壓站的空壓機C機組(電源由I段供電)全部停機。由于高壓電機設置了低電壓保護并且動作后需要人工在電機綜保手動復位，當班值班人員分為3路分別奔赴脫硫聯合、加制氫、公用工程變電所查看失電情況并恢復送電，低壓電機失電后由裝置操作工現場重啟。在迅速對所有失電設備進行恢復供電后，與各裝置取得聯系對其他未能正常啟動設備進行了處理，恢復供電后安排人員對全廠變電所的UPS、EPS等重要設備進行了再次巡查，確保全廠供電正常運轉。

界東線線路故障失電后，立即通知我公司110kV線路維保單位負責人，當晚21:45立即組織相關人員于22:15左右趕到界東線線路現場，自220 kV界牌變起，沿線進行夜間巡視檢查，未發現斷線、外破等情況。12月17日早7:30，杭州交聯安排2組共8人，由220 kV界牌變、界東935線末端兩頭分別進行排查，未發現明顯異樣情況。早8:00左右與泰州調度聯系，確認故障點在界東935線3.8 km左右處；針對該情況進行重點排查；早10:00杭州交聯又組織登高人員2組共4人，以及無人機進行逐桿排查。10:50左右無人機針對界東935線15#桿至21#桿進行重點巡視，發現17#桿上導線絕緣子存在放電痕跡，絕緣子型號為FXBW-110/120合成絕緣子。11:15組織登高人員登桿確認935線路上導線B相確實存在放電痕跡，確認故障點。

確認故障點后立即根據相關的應急搶修方案，提交停電需求，同時進行材料、人員、機械設備的準備工作。下午14:40界東935線停電工作已完成，許可進行搶修作業。15:07搶修工作結束，故障排除。16:40界東935線恢復送電，110kV總變恢復雙回路運行。20:00催化車間完成主風機并網切換，東區徹底消除此次失電對裝置造成的影響。

2.2 事故原因分析

此次晃電事故的主要原因是：界東線935線路距界牌變3.8 kM 17號鐵塔處，B相絕緣瓷瓶絕緣擊穿，界東線935線路B相單相接地短路，界牌變935開關檢測到線路故障，啟動保護，跳開了935開關，我公司東區110 kV界東線失電。并且此次供電公司在第一次跳閘后又對界牌變935試送電4次，每次都被保護跳開，由于本公司西區界海938線與界東935線為上級220 kV變電所同一段母線出現，西廠區總變也受此次影響發生了4次輕微晃電，并未對西區生產裝置造成較大影響。

由于東區總變建設時并沒有上故障錄波裝置，所以此次分析主要是對110 kV母聯快切和10 kV設備綜保上錄取的故障錄波文件進行分析。從快切此次故障記錄看當界牌變935開關分閘進線線路失電時，本公司東區110 kV總變710快切瞬間完成母聯快切動作，斷開935進線開關，合上710母聯開關，從判斷故障到完成母聯合閘，110 kVⅠ段母線得電，整個動作過程共耗時171 ms。這次快切啟動方式是無流啟動(無流啟動的條件是確認無流和失頻)，動作的切換方式是串聯。在快切成功后，東區I段母線上的10 kV電機都在斷電又得電后重新啟動，如此多的大機組(其中包含10 000 KW的主風機和1 850 kW的空壓機)一起啟動，產生了很大的啟動電流，把剛得電的10 kV I段電網的母線電壓給拉下去了，直到累計超過500 ms，綜保判定失壓保護，切除正在重啟的中壓電機，電網電壓才恢復正常。

10 kV電機在低電壓保護跳閘停機后，必須人工手動復位才能再次開機，這也是本次對生產裝置造成重大影響的主要原因之一，奔赴5個10 kV子站手動復位的過程必然耗時良久，恢復供電時間越久，對裝置生產造成影響越大。

3 第二起雷擊晃電

3.1 事故經過及影響

2020年6月13日19時08分前，發生響雷，變壓器突然異響，聽到GIS開關設備動作的聲響，110 kV東區總變運行班長立即查看總變后臺監控系統，發現總變110 kV快切保護動作，已斷開935東界線進線開關，合上710母聯開關。全廠由雙回路供電方式切換為東觀線830單回路供電(此次動作情況基本和第一次晃停電事故一樣)。經運行班長初步檢查東區總變110 kV GIS 935間隔無任何保護跳閘信號指示，各氣室壓力正常，935線路帶電指示裝置顯示935線路有電。隨后運行班長與供電公司調度取得聯系，調度讓運行班長立即檢查變電所設備情況。由于供電公司地調專線電話故障，供電公司地調19時11分聯系緊急聯系人，確認本所設備動作情況。然后我公司聯系巡線單位做好準備，40 min后經調度確認界牌變935柜開關保護跳閘，距離保護II段動作，參考相B相，故障地點為線路離界牌變7.5 kM。聯系線路維保單位緊急趕到故障地點處檢查。在聯系供電公司地調時，運行班長同時安排班員立即通知我公司調度，詢問各裝置設備跳停情況尤其是主風機等大型設備運行情況(此次10 kV電機等重要設備并未跳閘停機)，并立刻去現場恢復送電，先到預處理變電所，再到重油變電所及其他變電所恢復送電，21時左右全部恢復。恢復供電后安排人員對全廠變電所的UPS、EPS等重要設備進行了再次巡查，確保全廠供電正常運轉。期間由于夜間并且大雨巡線單位無法確認線路遭受雷擊還是線路故障跳停，東區總變值班人員未改變當前110 kV運行方式，保持快切動作后的單回路運行。線路維保單位于6月14日上午7時28分開始檢查整條線路，10時27分檢查完成，確認線路本身未存在問題，初步判定為雷擊造成的線路失電，聯系供電公司10時58分恢復雙回路供電。

2020年6月13日19時08分48秒，界東線935線路距界牌變7.5 kM處，遭受雷擊，界牌變935開關啟動距離保護，迅速跳開了935開關，935開關自行啟動重合閘動作成功。由于界牌變935柜出線開關重合閘時間是1秒，所以造成我公司東區110 kV I段進線失電，110 kV快切啟動，跳開935東界線進線開關，合上710母聯開關，東區處于單回路運行狀態?？烨袆幼鲿r間為295 ms，在切換過程中造成公司I段母線失電。由于此次失壓時間未超過高壓電動機的低電壓保護設定時間，故此次失電未造成高壓電動機停機，但低壓電動機的接觸器不能保持(殘壓為80%額定電壓時20 ms及以上接觸器就會釋放)，I段上的部分低壓電動機受影響停機，但由于現場操作工迅速去現場重啟停機設備，并且重要設備為停機，故對東區裝置生產造成影響很輕微。

3.2 事故原因分析

此次晃電事故的主要原因是：當天天氣為極端雷雨天氣，界東線935線路距界牌變7.5 kM處，B相線路遭受雷擊，界牌變935開關啟動距離保護，跳開了935開關，我公司東區110 kV界東線失電。由于東區總變建設時并沒有上故障錄波裝置，所以此次分析仍主要是對110 kV母聯快切和10 kV設備綜保上錄取的故障錄波文件進行分析。從快切此次失電時間為快切動作的295 ms，修復線路故障，恢復雙回路供電，生產裝置恢復失電前生產狀態共用時約2 h。

4 兩次事故對比分析

這兩次110 kV進線線路故障跳閘造成晃電臨時停車事故非常類似，兩次都是110 kV I段進線線路故障，并且都由110kV母線分列運行轉為110 kV II段母線帶一段運行，但是造成的影響相差很大，第一次晃電對裝置生產產生較大影響,I段上10kV設備(包括重要設備催化主風機、增壓機和空壓站的空壓機C機組)和400V設備全部停機；第二次晃電恢復時間比第一次還長100 ms，對裝置影響輕微，I段上10 kV設備沒有停機發生，400 V設備少部分停機，很快恢復正常運行。

根據兩次10 kV主風機施耐德SEPAM M41中壓綜保的低電壓保護的故障錄波文件進行分析，現將圖2和圖3進行對比，第一次晃電(圖2)中720 ms電壓波動，晃電開始；在920 ms左右(失電171 ms后快切動作成功)電流從衰減狀態陡然增大，主風機得電重啟，瞬間產生很大的啟動電流，但此時電壓仍然沒有恢復，被迅速拉低，此時電壓明顯低于低電壓保護設定值0.6 U，500 ms后保護啟動，此時電壓恢復正常。

第二次晃電(圖3)中720 ms電壓波動，晃電開始；在1 400 ms左右電流從衰減狀態陡然增大，主風機得電重啟，瞬間產生很大的啟動電流，但此時電壓已基本恢復，并沒有觸發低電壓保護，主風機正常重啟。對比可以發現，第一次晃電快切啟動時間動作快，恢復供電迅速，在電壓波動的一開始快切就開始啟動并在171 ms內完成；但是第二次晃電快切啟動并不是在電壓波動一開始就啟動，由于電壓波形衰減很平滑，快切應該是在圖3 1 100 ms左右判定條件達到才開始啟動。很明顯第二次恢復供電時間要長于第一次，但是第二次電壓沒有急劇衰減，殘壓比較大，所以并沒有很多設備因此停機。

圖2 第一次晃停電(2019.12.16)主風機綜保故障錄波

圖3 第二次晃停電(2020.6.13)主風機綜保故障錄波

由于110 kV總變沒有故障錄波裝置，所以對第二次電壓未急劇衰減的原因只能做出相關推測：主要由于兩次110 kV失電故障不同導致，第一次線路接地故障，將1#主變壓器線圈存儲電能迅速在接地點處放光，在110 kV I段母線通過母聯710開關恢復供電時，存在一個對變壓器充電的過程，此時變壓器低壓側(10 kV側)又有負荷非常大的機組啟動，這兩個過程影響相互疊加，迅速拉低了10 kV的電壓。第二次為雷擊沖擊，并沒有接地，1#主變壓器線圈存儲電能緩慢衰減，故在110 kV得電后上述過程時間都可以縮短，故電壓恢復極快，對裝置影響也降到最低。

5 處理及建議

從這兩次晃電事故看，一次是設備老化質量問題，一次是極端天氣雷擊造成，一條線路失電，晃電不可避免，但是兩次的影響差別很大，在使用快切的情況下，調整相應的保護定值，以求將對裝置影響降到最低。建議如下：

(1)建議將低電壓保護設置為故障自復位，即使在高壓電機晃電停機，現場操作人員也可以迅速手動啟動。(在第一晃電事故后已全部更改)

(2)雷雨等極端天氣，雷擊造成的線路跳閘停電，在上級變電所重合閘成功，確認并無線路故障后，不必等到第二天再確認現場情況，應迅速恢復雙回路供電。雷擊可能會造成另一條線路跳閘停電，此時可能連安全停車用電都無法保證。

(3)加裝抗晃電模塊，低壓接觸器在電壓下降20%時20 ms就會釋放，雖然運行經驗證明，當電網殘壓不低于85%時，200 ms內多數設備不會停機[1]，但仍建議給重要低壓設備加裝抗晃電模塊，在電壓恢復后不會停機。

(4)對于特大型用電機組，在晃電發生時，考慮優先切除，大型用電機組啟動瞬間電流非常大，拉低電壓容易造成大面積停電，保證大部分裝置用電。

(5)對公司四條進線加強巡檢，特別是極端天氣情況，避免再發生類似線路故障。

(6)應加強班組人員與維保運行人員之間的應急演練，模擬各種故障，提高人員的應急處置能力與響應速度。

(7)對于空壓機等重要設備，需制定專業方案，使其盡量不失電，或將東西區空壓站聯通，保證裝置儀表風的供應。

(8)對于有兩臺互為備用的重要機組設備，應分開接在I、II段母線，當一臺設備的線路失電時，可以迅速開啟另一臺設備。

(9)建議110 kV線路保護改為光纖縱差保護[2]，并且使保護和快切聯動，使快切保護起動，可以比現在更快的合上母聯恢復供電。

6 結語

石化行業對供電要求極為苛刻，如本文敘述的這樣的晃停電有時也不可避免，但我們需要吸取教訓，從技術和管理的角度思考改進。技術上完善相應保護定值，110 kV線路保護改為更加先進的光纖縱差保護；管理上加強電氣和工藝班組的應急演練，將晃電對裝置的影響降到最低。