基于某單相接地故障下的人因失效分析

李 琛

(遼寧東科電力有限公司，遼寧 沈陽 110179)

隨著我國電力建設行業的飛速發展，在全球范圍的工程越來越多。許多建設項目因地域、文化、環境、合同性質的不同存在種種差異，因此采取有效的防患手段進行風險和事故把控是這些項目建設不斷追尋探索的課題。本文對某海外工程項目中一起因人因失效引發的事故案例進行分析。

1 事故概況

1.1 主設備概述

1.2 事故經過

2021年7月1日，07：15電廠運行人員發現230 kV啟備變低壓側6.6 kV電纜溝內有煙霧升起，疑似著火跡象。07：39運行人員手動拉開230 kV啟備變高壓側斷路器，對啟備變做事故緊急停電處理，并對電纜溝進行檢查，發現部分電纜有燒毀及被盜現象。08：45各參建單位對事故現場進行聯合勘察發現如下。

a.電纜溝內未帶電的凈水站6.6 kV動力電纜部分被切割偷盜，已帶電的啟備變低壓側6.6 kV動力電纜一相被切開，切口有由內到外的灼燒痕跡。

b.啟備變低壓側破損的6.6 kV單相動力電纜附近的光纖、通信電纜及其外部PVC保護管燒毀，如圖1所示。

圖1 事故發生后的電纜溝

c.6.6 kV三段母線TV柜一次消諧裝置和接地線燒毀，如圖2所示。

圖2 事故發生后的母線TV柜內情況

d.6.6 kV三段母線TV柜母線小車位置輔助觸點損壞。

e.6.6 kV A、C段母線TV損壞、TV熔斷器燒斷。

1.3 保護及自動裝置動作情況

a.啟備變保護均未動作。

b.6.6 kV母線TV微機二次消諧裝置未報警。

c.6.6 kV母線TV二次空氣開關未跳閘。

2 事故分析

2.1 故障錄波情況分析

事故發生后第一時間調取故障錄波信息，卻發現無波形記錄。

經與廠家溝通了解，該錄波裝置在生產過程中曾因技術參數調整，對原有電源模塊參數修改，導致原本可以獨立記錄與存儲錄波的嵌入式CPU+DSP模塊必須在裝置嵌入式HMI模塊電源正常時才可以工作。裝置正常工作情況如圖3所示。

圖3 故障錄波裝置工作示意圖

在工程分系統調試階段，該問題就已經暴露。為考慮工程進度，將影響降至最低，調試單位建議在更換故障錄波前將裝置HMI模塊的電源改取自UPS，電源空氣開關一直投用來暫時滿足故障錄波的使用功能。但由于設計變更與施工流程環節的滯后，該問題一直遺留未得到有效解決。同時因原設計中裝置未使用UPS電源，且廠內的交流電源又經常失電不穩定，廠家擔心頻繁停送電對設備造成沖擊損壞，在未告知他人情況下將已投運的錄波HMI模塊電源空氣開關退出，造成無波形記錄。

因無法通過故障錄波進行分析，現場只能以DCS電壓歷史曲線做參考。DCS顯示在7月1日03：40，三段母線電壓就已經消失。

2.2 保護裝置情況分析

根據現場保護配置情況，啟備變低壓側配有反應接地故障的中性點零序過流保護，當實際電流大于動作值時，保護應經t1時限動作跳開啟備變低壓側斷路器，經t2時限若故障仍未消除，則跳開啟備變高壓側斷路器。

事發后再次對啟備變各項額定參數和保護定值復核，排除整定計算問題。對保護裝置模擬故障進行校驗，保護裝置動作正常，排除保護裝置問題。對啟備變低壓側進行檢查時，發現中性點接地電阻柜內接地電阻未接地。當發生接地故障時，零序電流互感器將無法感應產生電流，保護裝置因此無法采集到電流進行判斷。所以初步推斷中性點電阻未接地是造成保護裝置未動作的主要原因。

2.3 母線TV和一次消諧等裝置損壞分析

事發后，現場對6.6 kV盤柜進行檢查，發現除三段母線TV柜內的一次消諧裝置燒毀，與消諧裝置連接的接地線外皮燒焦以及三段母線TV柜面板小車位置指示異常外，各設備元件外觀均無其他明顯特征。現場對6.6 kV系統所有電壓互感器及其熔斷器進行進一步檢驗，檢驗結果發現，進線TV和B段母線TV正常，A、C段母線TV損壞且其熔斷器燒斷。

在檢查母線TV柜面板狀態顯示異常時，發現TV小車內部的輔助觸點一直粘連閉合。據此現場重新對柜內相關的二次回路進行檢查。經檢查盤柜一處內部接線與圖紙不符，存在寄生回路，將原本獨立的TV基本繞組n與TV輔助繞組da相連。設計圖紙中將母線TV電壓引入故障錄波柜，TV基本繞組和輔助繞組N在故障錄波柜內經連片短接在一起，如圖4所示。當輔助繞組的da也與基本繞組n短接時，輔助繞組則被短路。在啟備變低壓側發生接地故障時輔助繞組開口電壓升高，短路處發熱，致使串接在開口三角電壓回路中的小車輔助觸點被燒化產生粘連，造成TV柜面板合分位狀態同時顯示。

圖4 母線TV接線圖

參考許多開口三角短接后的故障案例不難發現，在開口三角短路引起電壓互感器損壞的同時，其二次回路往往受損嚴重、二次空氣開關通常會跳開[1-3]。但該工程現場除串入開口三角的小車觸點粘連外，TV根部至柜的二次接線和端子均未受影響，對二次回路絕緣進行檢查也顯示良好。

結合啟備變低壓側中性點電阻接地線未接和電纜燒毀情況，當啟備變低壓側電纜單相破損時，破損相電纜的主導體會對其接地的外護套產生持續、間歇性電弧放電，造成單相接地故障。

當三段母線互聯投運，在發生單相接地故障開口三角均處短路時，卻只有A、C段母線TV損壞、B段母線TV正常的情況也很特殊。

考慮到中性點不接地系統中不穩定的單相接地故障是鐵磁諧振中最常見的激發方式。不排除電壓互感器在鐵磁諧振過電壓情況下鐵芯迅速飽和，其熔斷器、高壓繞組因鐵芯飽和產生的涌流導致熱穩定性破壞而損毀[4-5]。鐵磁諧振一旦形成，會一直保持諧振狀態，直到諧振條件被打破，如母線TV損壞、TV一次保險熔斷、一次消諧裝置損壞等。

3 事故處理

事故發生在啟備變倒送電后的分系統調試階段，為縮短事故對工程進度的影響，第一時間給出如下處理方案。

3.1 動力電纜處理

a.對該組動力電纜預留的備用芯進行試驗檢查，合格后替代原受損的動力電纜使用。

b.對受損動力電纜進行修復，修復后試驗合格的電纜留做本組備用芯使用。

c.加強整個廠區安保措施，杜絕偷盜事件再次發生。

3.2 設備處理

a.將啟備變低壓側中性點電阻柜內電阻的接地線按要求連接。

b.將故障錄波交流電源改為取自UPS。

c.拆除6.6 kV損壞的一次消諧設備及更換損毀的接地線，暫時將互感器一次側不經消諧裝置直接接地使用。

d.改造現場6.6 kV母線接地小車輔助觸點以替代B段損壞的母線TV小車輔助觸點使用。

e.統計已損壞的設備型號、數量，聯系廠家盡快補供，以便恢復正常系統。

3.3 母線恢復送電處理

a.將A、C母線段TV小車置于試驗位，取下一次保險、斷開二次空氣開關后盤柜上鎖。

b.核算B段母線TV二次負載容量滿足三段母線同時使用，將原本分開的三段電壓小母線連接在一起，利用B段母線TV的二次電壓供A、C段母線設備使用。

c.送電后24 h內加強巡檢，對盤柜溫度使用溫槍檢測，同時密切關注相關保護及裝置的報警信號和電壓信號的變化。

4 人因失效分析

4.1 人因失效環節

在電力系統中，因為人為失誤引起連鎖反應造成系統事故的案例有很多[6-8]。在這起單相接地事故中就暴露出多個環節的失效。

a.設計審查環節，設計人員對現場設備接口間系統性的審查不夠深入，在接口設計過程中留下安全隱患。

b.設備制造環節，制造商在設備生產過程中未履行技術協議，導致到場設備仍存在缺陷。

c.施工安裝環節，施工人員在施工過程對工藝把控不到位，未嚴格參照相關標準規范執行報驗。

d.調整試驗環節，調試人員對設備檢查調試不夠仔細，調試交接工作中留有死區。

e.安全管理環節，管理人員對現場驗收流于形式，安保人員風險意識不足，安保措施不夠全面。

f.生產運行環節，運行人員對已投運的設備和配電間監管力度不夠，未能及時發現設備異常，且沒有嚴格執行工作票管理制度。

4.2 瑞士奶酪模型

瑞士奶酪模型是英國曼徹斯特大學教授James Reason提出的。該模型認為組織活動中發生的事故與不同層次的漏洞有關，就猶如奶酪中層層的孔洞[9]。當模型中的層層阻斷失效時，所有漏洞的將連成一條線，而危險穿過洞孔往往也就意味著事故的發生，如圖5所示。

圖5 奶酪模型

5 結語

電力工程建設中對人因失效的管理是安全生產的基本要求，電力工作者也應該去關注并做好人因失效的預防。合理運用奶酪模型可以對事故發生環節進行干預，通過層層措施減少因人為失誤引發事故的概率，也可以在事故發生后用來反向追溯各失效環節發生的原因。