某垃圾焚燒電廠主變跳閘事故分析

杜靈亮

關(guān)鍵詞：變壓器;過電流;跳閘

0引言

升壓變壓器是發(fā)電廠電氣設(shè)備中的主設(shè)備之一，主變?nèi)萘枯^大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運行可靠性要求高，所以設(shè)置了不同類別的保護(hù)裝置，以保障其安全運行。主變微機保護(hù)配置有電量保護(hù)和非電量保護(hù)兩類，在某次主變跳閘事故中，工作人員檢查了二次接線回路，未發(fā)現(xiàn)回路灼傷等異常現(xiàn)象，也沒有出現(xiàn)重瓦斯、壓力釋放之類的非電量信號，僅有差動保護(hù)、電流保護(hù)等電量保護(hù)動作。因此，本文結(jié)合事件動作記錄、保護(hù)定值和保護(hù)動作判據(jù)，分析此次事故原因，提出處理措施，希望以后可以盡力避免同類事件的發(fā)生。

1變跳閘事故

1.1電廠基本情況

垃圾焚燒電廠設(shè)置1臺焚燒爐和1臺發(fā)電機，發(fā)電機額定電壓10.5kV;升壓站設(shè)置1臺升壓變壓器，升壓至35kV，經(jīng)371開關(guān)送入電網(wǎng)。10kV側(cè)為單母線結(jié)構(gòu)，發(fā)電機通過發(fā)電機出口斷路器連接至10kV母線。電氣主接線如圖1所示。

1.2事故經(jīng)過

2020年2月10日，雷雨天氣，電廠內(nèi)主變高壓側(cè)371開關(guān)跳閘，開關(guān)柜內(nèi)過電壓保護(hù)器A相損壞。事發(fā)時發(fā)電機組未投入，由電網(wǎng)提供廠用電。

當(dāng)天16：40二值接班，監(jiān)盤過程中，發(fā)現(xiàn)10kV電壓偏低，其中AC相最低時達(dá)9.45kV，在此期間值班員一直注意10kV電壓的變化情況。16：53集控室照明燈熄滅，后臺警鈴響、報警信號發(fā)出，35kV主變高壓側(cè)371開關(guān)、低壓側(cè)001開關(guān)跳閘，#1鍋爐變073開關(guān)失電未跳閘，400V廠用電失電，廠區(qū)事故照明自動切換為蓄電池供電。運行人員到高低壓配電室進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)高低壓配電室有異味，進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)主變高壓側(cè)371開關(guān)柜內(nèi)過電壓保護(hù)器A相已損壞，值班人員立即將事件經(jīng)過匯報地調(diào);地調(diào)下令將主變高壓側(cè)371開關(guān)轉(zhuǎn)為冷備用狀態(tài)。

當(dāng)天17：30斷開高低壓配電室所有負(fù)荷開關(guān)，做好相關(guān)安全措施后，組織人員開展施工電源臨時搭接至化水工作電源開關(guān)，廠用電恢復(fù)正常供電。

現(xiàn)場檢查照片如圖2～5所示。從圖中可看出，避雷器A相已被擊穿損壞，避雷器底座也已經(jīng)損毀發(fā)黑，后柜門和絕緣子也遭到不同程度的燒傷。

避雷器自身仍存在過電壓防護(hù)問題，如果過電壓進(jìn)入避雷器保護(hù)動作區(qū)，超出其過電壓承受能力，也會導(dǎo)致避雷器損壞爆炸。

2跳閘記錄分析

2.1事故前后數(shù)值記錄

該垃圾焚燒電廠在建設(shè)階段沒有安裝電力故障錄波裝置，無法獲知故障發(fā)生前后電量信息曲線和開關(guān)量信息的變化，本次無法通過錄波波形分析判斷開關(guān)跳閘的原因，而后臺系統(tǒng)采樣周期較長，對事后故障分析并無幫助。

事故發(fā)生前（0：00-16：51）電壓參數(shù)均屬于正常范圍內(nèi)，且三相電流平衡（以上參數(shù)的取點時問問隔為5min），無參考價值，此處不做贅述。

2.2關(guān)鍵保護(hù)裝置動作及報警信息記錄

根據(jù)事故調(diào)查情況匯報，按時間先后順序?qū)Ω餮b置動作情況做了如下整理。

（1）線路保護(hù)測控裝置

16：53：19.068000000ms保護(hù)啟動[動作]，最大相電流1.091A;4050ms保護(hù)啟動[返回]。

（2）主變保護(hù)測控屏高后備保護(hù)裝置

16：53：19.075000000ms保護(hù)啟動[動作]，最大相電流1.748A;990ms過流I段動作[動作]，最大相電流3.232A，故障相別：AN;1040ms過流I段動作[返回]。

（3）主變保護(hù)測控屏差動保護(hù)裝置

16：53：19.076000000ms保護(hù)啟動[動作]，10 ms差動動作[動作]，A相差流1.894 A，B相差流0.001A，C相差流1.894A;A相制動電流0.947A，B相制動電流0.004A，C相制動電流0.949A;1050ms差動動作[返回]。

（4）主變保護(hù)測控屏低后備保護(hù)裝置

16：53：20.118 0000ms保護(hù)啟動[動作]，008005 I母PT斷線告警[動作]，010000ms I母低壓I段動作[動作]，010000 msI母低壓Ⅱ段動作[動作]。

（5）對側(cè)變電站保護(hù)動作情況

對側(cè)變電站過流Ⅱ段動作，重合閘動作并合閘成功。

2.3繼電保護(hù)分析

2.3.1有關(guān)裝置保護(hù)整定值統(tǒng)計表

（1）基本參數(shù)如表1所示。

（2）35kV線路保護(hù)測控裝置有關(guān)整定值如表2所示。

（3）主變差動保護(hù)裝置有關(guān)整定值如表3所示。

（4）主變高后備保護(hù)裝置有關(guān)整定值如表4所示。

2.3.2有關(guān)保護(hù)裝置動作過程分析

（1）依據(jù)動作過程記錄情況，首先35kV線路保護(hù)啟動[動作]，根據(jù)保護(hù)定值單，所有過電流保護(hù)投入方向均為線路方向，根據(jù)方向電流保護(hù)的動作原理，此時短路功率從母線流向線路，判斷故障最初出現(xiàn)在35kV線路側(cè)。

（2）在35kV線路保護(hù)啟動[動作]間隔8ms后，主變差動保護(hù)啟動[動作];幾乎同時，主變高側(cè)過流I段{0.71 A，1 s，跳兩側(cè)}保護(hù)啟動[動作]，主變高側(cè)過流I段投入方向指向變壓器;判斷此時電廠內(nèi)部也出現(xiàn)了故障點，極可能主變高壓側(cè)371開關(guān)柜內(nèi)過電壓保護(hù)器A相被擊穿。

（3）主變差動保護(hù)啟動后10 ms差動動作[動作]，此時應(yīng)該跳主變兩側(cè)斷路器，但是并未成功。主變高側(cè)過流I段經(jīng)跳閘延時后動作跳閘，斷開主變35kV高側(cè)斷路器。經(jīng)了解現(xiàn)場保護(hù)投入情況，差動保護(hù)出口硬壓板由于現(xiàn)場調(diào)試原因并未投入，導(dǎo)致差動保護(hù)未能在第一時間切除主變兩側(cè)斷路器，而是通過后備保護(hù)切除的故障點。

（4）35 kV線路保護(hù)有保護(hù)啟動但沒有動作跳閘輸出，可判斷故障雖然最初出現(xiàn)在線路側(cè)，但在達(dá)到35 kV線路保護(hù)跳閘定值和跳閘延時之前，故障點已轉(zhuǎn)移到電廠內(nèi)部，不符合35 kV線路保護(hù)方向性條件，所以35 kV線路保護(hù)最終沒有跳開斷路器。

（5）主變35 kV側(cè)開關(guān)跳開后廠用電失電，主變低壓側(cè)保護(hù)裝置低電壓保護(hù)動作。

（6）對側(cè)變電站過流Ⅱ段動作，且重合閘成功，過流Ⅱ段并不能保護(hù)線路全長，根據(jù)保護(hù)分級配合原則，推斷故障出現(xiàn)在線路上并且是瞬時故障。

綜合以上各臺保護(hù)裝置整定值以及保護(hù)裝置動作過程，判斷當(dāng)天35kV線路遭遇雷擊導(dǎo)致線路過電壓，且擊穿了電廠371開關(guān)柜內(nèi)過電壓保護(hù)器A相，由于主變差動保護(hù)出口回路硬壓板退出，最終促使主變高后備保護(hù)裝置跳開主變兩側(cè)斷路器。

3跳閘事故處理

電廠內(nèi)371開關(guān)柜內(nèi)過電壓保護(hù)器A相已被擊穿，出線絕緣子已損壞，需要及時進(jìn)行更換，以免造成運行停滯。開關(guān)柜后柜門被電弧燒傷，節(jié)省成本考慮，可不更換，但應(yīng)用酒精擦拭干凈。

檢查371開關(guān)柜內(nèi)斷路器動作特性是否完好，斷路器絕緣能力有無受到影響;檢查主變壓器低壓側(cè)斷路器及附件是否完好，斷路器性能有無受到影響;檢查主變高壓側(cè)至371斷路器連接電纜相問絕緣是否完好，有沒有發(fā)生短路情況;檢查35kV線路側(cè)安裝的避雷器絕緣性能是否完好，有沒有受到影響;對同批次、同型號的避雷器開展?fàn)顟B(tài)評價工作。

當(dāng)過電壓保護(hù)器在運行環(huán)境有濕度偏大時，要保持廠房通風(fēng)系統(tǒng)有效投入，對設(shè)備運行情況及時跟蹤。檢修運行管理部門組織進(jìn)行繼電保護(hù)動作試驗，及時投入主變差動保護(hù)壓板，必要時可通知繼電保護(hù)廠家到現(xiàn)場配合進(jìn)行功能試驗。主變高壓側(cè)高后備保護(hù)以快速切除保護(hù)范圍內(nèi)故障為原則，盡量縮短高后備保護(hù)動作時間，防止主變故障持續(xù)時間長，擴(kuò)大事故范圍。

電廠運行過程中，需要管理部門嚴(yán)格落實管理規(guī)定。機組正常運行情況下，所有保護(hù)及自動裝置必須按照規(guī)程規(guī)定全部投入，運行人員投切繼電保護(hù)壓板必須由兩人進(jìn)行。機組投入使用前，運行人員應(yīng)進(jìn)行全面核查。

4結(jié)束語

此次事故雖然是由于自然環(huán)境原因引起的，但是故障發(fā)生后，由于主變差動保護(hù)硬壓板退出導(dǎo)致主變兩側(cè)開關(guān)未能在第一時間斷開，也存在一定的現(xiàn)場管理原因。通過該次事件，本文提出以下幾點建議。

（1）編制一次設(shè)備啟動時保護(hù)裝置的投退及保護(hù)定值的調(diào)整方案時，應(yīng)綜合整定計算、保護(hù)運行、方式安排等各專業(yè)方面的實際情況，并以能最快速、最可靠切除故障為原則。

（2）對于保護(hù)定值異常投退及處理情況應(yīng)做好記錄，發(fā)生異常的保護(hù)或自動裝置經(jīng)檢修處理后，確認(rèn)可以投入運行的應(yīng)將信息告知值長，運行責(zé)任人及時填寫保護(hù)投入申請單，逐級批準(zhǔn)后投入運行。

（3）已運行的開關(guān)柜結(jié)合停電時檢查，觀察開關(guān)柜底部孔洞是否封堵嚴(yán)密，要杜絕小動物進(jìn)入的可能，防止相間短路或接地短路故障。

（4）在廠內(nèi)設(shè)置1臺故障錄波裝置，接入發(fā)電機、升壓變壓器、上網(wǎng)線路等主要回路的電量信息和開關(guān)量信息。在電網(wǎng)中發(fā)生故障時，故障錄波裝置對于確定故障性質(zhì)、故障部位和系統(tǒng)振蕩情況，對于分析繼電保護(hù)裝置動作情況，提高系統(tǒng)安全運行水平有著重要意義，已經(jīng)是目前電廠運行中必不可少的設(shè)備之一。