兩起高廠變故障分析及處理

中國能源建設集團華中電力試驗研究院有限公司 張雪皎

1 事件經過

1.1 第一起事件

電廠為兩臺燃機機組運行，每臺機組各帶一段10kV 廠用電，兩段廠用電通過母聯斷路器互為備用并設計有柴油發電機作為事故備用電源，兩臺高廠變分別接入10kV 廠用I、II段母線。事故發生過程及錄波圖分析如下。

檢修人員在執行10kV 黑啟動柴油發電機段開關柜停電施工時，誤操作合上了與10kV 廠用工作I段帶電母線相聯的黑啟動柴油發電機段出線開關柜接地刀閘（黑啟動柴油發電機段母線是停電檢修狀態，但其與10kV 廠用工作I 段相聯接的電纜是帶電的，出線開關為斷開試驗位置），導致1號高廠變低壓側三相接地短路，高廠變低壓側電流由35A 負荷電流（有效值）升高到最大故障電流峰值18.46kA（瞬時值），10kV 廠用工作I 段進線開關柜發保護啟動報文，但未達到動作出口延時。

三相接地短路35ms 后1號高廠變內部擊穿，高壓側故障電流由低壓三相短路時的最大峰值電流10.80kA 升高到內部故障后最大峰值電流33.77kA。63ms 后廠變縱差速斷動作，跳開1號主變高壓側開關、高廠變低壓側開關、1號發電機組停機，1號高廠變輕瓦斯告警、重瓦斯跳閘、壓力釋放非電量保護動作信號也同時發出。88ms 后故障電流消失，10kV 廠用工作I 段母線失壓，但由于10kV 廠用工作I 段進線開關柜保護未達到延時未動作，也未閉鎖10kV 備自投。

10kV 廠用工作I 段母線失壓后，備自投按邏輯正常啟動，合上10kV 廠用工作I、II 段的母聯開關給10kV 廠用工作I 段充電，由于I 段母線上的接地故障未排除，2號高廠變同樣受到三相接地短路電流沖擊，高廠變低壓側電流由21A 負荷電流升高到最大故障電流峰值17.64kA，10kV 廠用工作II 段進線開關柜發保護啟動報文，但也未達到動作出口延時，三相接地短路14ms 后2號高廠變內部即擊穿，高壓側故障電流由低壓三相短路時的最大峰值電流10.39kA 升高到內部故障后最大峰值電流38.64kA。37ms 后廠變縱差速斷動作，跳開2號主變高于側開關、高廠變低壓側開關、2號發電機組停機，2號高廠變輕瓦斯告警、重瓦斯跳閘、壓力釋放非電量保護動作信號也同時發出。77ms 后故障電流消失，10kV 廠用工作II 段母線失壓。

1.2 第二起事故

第二起事故為燃煤發電機組，電廠高廠變高壓側接于機端母線，高廠變低壓側有兩個分支，與主變發電機一起形成發變組單元接線形式。事故發生過程及錄波圖分析如下。

從高廠變低壓B 分支電壓波形可看出，從有電壓閃絡開始逐漸轉化為A 相電壓單相接地，523ms后轉為三相電壓同時短路接地。由于1B 分支零序過流I 段延時定值長于單相接地故障時間，零序過流保護啟動但未動作。

高廠變低壓B 分支三相短路后，B 分支的電流從最初的正常運行電流788A（有效值）增加到最大峰值電流48.71kA（瞬時值）。三相短路40ms 后弧光保護動作跳開B 分支進線開關并閉鎖快切，62ms后B 分支進線電流回零，但在45ms 時高廠變即發生內部高壓側AB 相絕緣擊穿，高壓側故障電流從低壓三相短路時最大峰值電流27.04kA 發展為超過169.7kA（TA 飽和），在80ms 發為三相絕緣擊穿。74ms 發變組保護發廠變差動和后備保護動作出口，98ms 主變高壓側斷路器跳開并機組停機，而后發電機殘壓存在仍能給高廠變提供衰減的故障電流。期間高廠變B 分支進線PT 保險燒毀，高廠變輕瓦斯信號、重瓦斯跳閘、壓力釋放跳閘均動作。

后檢查發現高廠變低壓B 分支母線上1B 汽機變開關柜接地開關處三相放電，汽機變綜保裝置顯示0ms 零序保護啟動，518ms 后過流一段跳閘，考慮到從采樣到故障電流啟動保護到保護動作出口加上斷路器分閘延時，實際高廠變僅只有45ms 的承受低壓三相短路能力明顯不足，在1B 汽機變斷路器和高廠變B 分支斷路器斷開前就發生內部絕緣故障，導致故障范圍擴大造成設備損壞機組停機。

以上兩起事故，電廠方面從運維檢修、設計施工、定值整定到設備制造等各方面進行了檢查和處理，后續設備維修檢查合格后均恢復機組運行，但因停機處理時間長、設備損壞大，給各方均照成了較大的損失和不良影響。

2 原因分析

一起重大事故的發生往往不止一個問題導致，常是一系列問題串聯起來在某一點上引發，本文從采購、設計、施工調試、設備、運維檢修等各方面分析可能引起的原因和注意事項。

2.1 設備采購

設備采購采用市場招標方式可最大化提高業主效益，大多數業主希望以盡可能有限的資金買最合適的產品，所以對市場成熟供應方較多的產品采購從不會選擇高價產品，多從平均評分價格低價中選擇，易導致采購設備質量不高。采購合同應明確各方責任，對設備質量性能、生產運輸、售后維護等作出明確要求，等采購合同簽定后，應制定合理的設備監造計劃監督考察設備企業的材料質量、制造工藝過程、出廠驗收等環節，確保設備質量滿足合同技術協議要求，否則供貨方為獲得利潤可能會提供不可靠的產品，給以后的安全運行照成隱患。

本事故中查閱設備采購技術協議，對高廠變的承受外部短路電流大小及時間均有明確要求，實際高廠變承受的低壓短路電流和持續時間均未達到協議要求值，未能承受到保護動作將第一個故障點隔離時間即發生內部擊穿導致故障轉換。而在事故過程中，最重要的電氣設備主變和發電機在高廠變損壞后均承受住了故障電流，事后試驗檢查正常，滿足正常運行要求。事故高廠變返廠檢查維修，業主安排專人跟蹤監督安裝維修和驗收過程。

2.2 設計

設計根據項目實際工況提供可靠的設備參數資料給業主采購，技術協議技術參數要求過高會導致生產方無法滿足或雖能滿足但造價過高，要求過低則可能無法滿足安全穩定運行或無法實現機組最優運行性能。如在電廠設計階段計算故障電流太大而常規高廠變實際承受能力不能滿足，可考慮其它限流措施。如有企業安裝了深度限流裝置，在某次由于誤操作地刀合上后，裝置迅速動作投入限流電抗器，將故障電流限制在預期值內，使保護能可靠動作斷開斷路器隔離故障，深度限流裝置監測到故障電流消失后又能馬上退出限流電抗器，維持其它正常設備運行。

設計也應考慮誤操作的可能增加有效的防誤閉鎖措施，如五防鎖、電磁鎖、帶電顯示閉鎖、刀閘開關之間機械閉鎖及遠方操作邏輯閉鎖等。本事故中地刀能合閘于帶電回路說明防誤未設計安裝或當時已失效。運行檢修人員也應定期檢查防誤功能的有效性，最大概率避免誤操作事故。

2.3 施工調試

施工調試應配備專業的技術人員，按審定合格的方案嚴格執行安裝調試工作。現在建設施工項目多、技術人員需求大，很多項目技術人員數量不足，有的大量聘用外部人員，上崗人員素質無法保證，導致工程結束后可能會有各種遺留問題，雖然大部分可在現場檢查驗收和試運行中發現整改，但也有些可能直到下次停機檢查或發生故障時才可能發現。

2.4 定值整定

從保護定值方面，定值整定應按照廠用電整定計算導則等相關規范和現場實際接線方式進行整定。本事故中，高廠變低壓側限時速斷過流保護一般按與低壓側母線各支路過流速斷配合整定，會設置一定延時，如設為最快的0s 速斷會在低壓側支路故障時越級跳閘導致停機，發生不必要的停電損失。但即使設為最短延時，從故障錄波看，本次高廠變承受低壓三相短路時間都只有14～45ms，根本無法承受到保護啟動、動作出口到斷路器分閘全過程。對于短路承受能力弱的高廠變，從減小低壓側故障對高廠變影響方面，還需探索最優方法。

前面事件中有備自投裝置的燃機電廠，后面修改定值在高廠變低壓進線保護定值里新增了一回過流保護瞬時出口用于閉鎖備自投，以避免再次發生同類事故時備自投誤動作導致事故擴大，但由于備自投被保護閉鎖后不能自動復歸，因此如有低壓其它饋線故障時，故障電流也可能會誤閉鎖備自投裝置，饋線保護動作隔離故障支路后，備自投需要工作人員手動復歸才能再次充電投入運行。

2.5 設備

設備的可靠性是保證運行安全穩定的重要因數，設備方簽定合同后應嚴格按照技術協議生產滿足要求的設備。在競爭較多市場成熟價格基本透明情況下，部分企業為求銷量和利潤，低價中標簽定合同后將倉庫積壓商品降價出售，或者在生產設計、結構、制造、工藝、材料、測試等環節缺斤少兩，未對變壓器做抗短路能力核算和試驗，使變壓器繞組機械強度不過關，雖然在現場運行一切正常，而一旦發生低壓短路在大故障電流情況下就會暴露出問題，使得本來一個影響小的饋線事故轉化為機組全停事故。前面兩起事件中均是高廠變承受低壓短路能力不足導致事故擴大。由于沒有達到合同協議要求將由廠家承擔設備損壞的主要責任，業主也承受停電損失，這對雙方都是不小的影響。

由于變壓器短路能力承受試驗特殊試驗項目并非出廠例行試驗，除非業主與制作方協商要求出廠時進行試驗檢查，否則較難評估供貨變壓器是否能滿足設計的抗短路能力要求。對于造價較高可能影響機組運行和安全的重要變壓器可適當考慮增加變壓器短路能力承受驗證要求，并要求制造方提供保證，制造方則應從設計材料生產測試等各環節把關質量，防止不合格產品出廠。

2.6 人員素質

運維檢修人員是維持電廠安全穩定運行的重要力量，然而由于人工操作，運行過程中也就會有一定的概率出現誤操作導致生產事故。尤其在試運行或檢修階段，工作內容不清楚、任務交底不到位、安全措施執行不到位、擅自擴大工作范圍、交叉作業影響等或多或少都會存在。企業一般會制定各專業生產運行檢修管理制度，運行人員和檢修人員都要定期進行相應的培訓，熟悉企業的管理制度，熟悉系統的運行狀態、設備情況，明確自己的工作內容。設備檢修時運行人員和檢修人員應根據工作票內容明確檢修工作范圍，隔離運行設備區域和檢修區域，做好一次二次安全隔離措施，運行人員換班時做好交接班，檢修負責人安全監護人不擅自離開工作區域。

以上事件在檢修過程中有工作人員誤合接地開關情況，說明有安全生產管理制度執行不到位，有安全監護及防范措施未工作到位，有工作人員不熟悉工作范圍未掌握系統運行等情況。新建電廠一般會招聘新畢業生進入生產崗位，檢修部門一般也是老員工帶新員工工作，員工水平素質高低不齊，遇到工作任務繁重時間緊張，生產檢修人員有限情況下，企業更要繃緊安全生產的神經，時刻注意人員安全和運行設備安全，在保證安全前提下才能創造效益。

3 結語

以上事件起因為試運行檢修階段誤操作導致高廠變低壓側母線三相接地短路引起，如按正常發展，保護將在設定延時后動作出口隔離故障設備，但因高廠變的短路承受能力不足，在第一個故障點隔離前即發生高廠變損壞，發生二次故障導致機組停機，并使主變和發電機受到一定程度的大電流沖擊。事后及時檢查分析，對所有受損設備進行了更換或修復后重新試驗檢查，并對人員加強培訓和現場工作的安全監護，系統重新運行后狀況良好，未再發生類似事故。