发电机隔离开关柜短路事故分析

孙万磊

(河南龙宇煤化工有限公司 , 河南 永城 476600)

近年来,由于各种原因造成隔离开关柜内部短路故障时有发生,严重威胁着电网的安全运行。此外,高温、高压气体还可能快速扩散到相邻盘体,从而造成多组开关柜同时烧毁,不仅损失严重,抢修困难,而且严重威胁配电系统的安全、稳定运行。

2014年12月14日2:12分,某公司值班人员发现自备电站6 kV配电室有异常声响并伴有烟雾,出现异常报警,通过现场查看,发现1#发电机跳车、自备电站6 kV Ⅰ、Ⅲ段供电中断,同时总降站1#主变高压侧开关跳闸,总降至自备电站联络开关跳闸,全厂生产装置停车。现场确定事故原因为1#发电机隔离柜短路烧毁。公司组织专业技术人员进行事故救援,恢复总降站高压及低压配电室I段供电,对1#发电机隔离柜与系统进行了有效隔离,4:30分,系统恢复供电,生产系统逐步恢复开车。

1 事故前运行方式

公司电气供电系统110 kV总降压变电站是一个终端变电站。外部电源引自矿区110 kV中心变电站和西风井110 kV变电站,分别使用两回LGJX-300/25钢芯铝绞线同塔双回路架设,经总降压变电站门形桥架引入110 kV高压配电室。110 kV配电装置是三相共箱式Zf12-126六氟化硫封闭式组合电器(GIS),共分为2段:1GIS、2GIS。共计11个间隔,11个间隔内共有配电所必需的断路器9个、隔离开关18个、接地开关36个、母线分为2段、电压互感器2组、氧化锌避雷器4组等,内部接线为全桥式接线。

两台主变压器的规格:油浸风冷铜芯型有载调压电力变压器,型号:SFZ10-110±8×1.25%/6.3 kV,容量40 MVA有载调压电力变压器,变压器的连接组别为Ynd11,阻抗电压为10.5%。两台主变压器6 kV出线经母线槽至6 kV Ⅰ、Ⅱ段进线柜引入总降6 kV Ⅰ、Ⅱ段母线,6 kV母线每段上各带有进线柜、电抗器柜、电压互感器柜、至热电站Ⅰ段出线(断路器柜)、至热电站Ⅰ段出线(电缆柜)两段母线间设有母联开关柜和母联隔离柜。每段各经电抗器接至总降6 kV Ⅲ、Ⅳ段母线。6 kV Ⅲ、Ⅳ段35面开关柜下接6 kV高压电动机13台和变压器11台。

自备电站6 kV电气主控楼带有2×30 WVA的汽轮发电机,6 kV出线经母线槽至6 kV Ⅰ、Ⅱ段出线柜引入热电6 kV Ⅰ、Ⅱ段母线,6kV母线每段上各带有进线柜、电抗器柜、电压互感器柜、至总降压站Ⅰ段进线(断路器柜)、至总降压站Ⅱ段进线(电缆柜)两段母线之间设有母联开关柜和母联隔离柜。每段各经过电抗器接至热电6 kV Ⅲ、Ⅳ段母线。6 kV Ⅲ、Ⅳ段67面开关柜下接6 kV高压电动机46台和变压器9台。

2 原因分析

①触头发热、绝缘老化造成短路。经现场勘查,1#发电机隔离柜烧毁,开关柜下触头下部有大量凝固的金属固体,烧毁严重。三相短路电流为6 000～7 000 A,短路点为开关柜下部触头。现场检查客观条件相同的2#发电机隔离柜触头已发热氧化变色,据此推断发生事故的1#发电机隔离柜下触头发热,绝缘老化,放电从而引起短路,这是此次短路事故的直接原因。②保护参数设置不正确。1#主变高压侧后备保护化111开关复压方向过流保护闭锁逻辑设定不正确(设定为允许式),导致方向元件失效,失去了选择性,与主保护1#出线开关柜断路器Z6103在短路故障1.5 s后同时跳闸,主变高压侧化111开关越级跳闸是这次短路事故停电范围扩大的直接原因。③隔离开关柜温度过高。隔离开关柜触头额定电流为3 000 A,实际运行电流为2 300 A,出现过热现象。对触头进行了更换,同时将触头额定电流增大为4 000 A。2013年10月又发现触头发热,该厂2014年陆续增加3套风机,采取柜内通风,降低柜内温度,未能将触头发热问题从根本上解决。④变电运行管理和设备维护不到位。巡检人员仅依靠柜内光纤测温装置检测温度不能全面反映触头实际的温度,因触头属薄弱点,应加强检查维护,但该厂没有该触头的最近检修记录,检修不到位。

3 解决及防范措施

3.1 技术措施

①选择优质厂家的隔离开关,升级改造发电机隔离柜,隔离开关安装前必须做触头温升实验,保证3 000 A负荷电流下温升不超限,在各负荷区间内不超过温升曲线限值,通过实际实验来验证隔离开关质量。②在隔离开关触头的关键部位安装温度在线监测设备,实现隔离开关触头等关键部位温度的实时监测,并把温度数据与监控后台通讯,在后台机可以随时查看触头温度。同时设置温度报警限值,实现温度超限报警功能,能够及时提醒电气运行值班人员。③在柜内增加强制降温设施,安装风机,设置风道,提高隔离柜降温效率。④增加绝缘支撑点,增强隔离柜振动抑制能力,实现隔离开关的平稳运行。⑤对隔离柜多部位实施抑制涡流的改造,减少涡流对隔离柜温升、振动的影响。⑥联系设计院,结合电网运行方式对保护定值重新修订与审核,制定详细与保护配套的定值参数设置表,并适当调整各级开关级差配合时间,实现各级配合最优化,并确保保护灵敏可靠。

3.2 管理措施

①建立设备生命周期管理制度,定期做好设备预防性维护与检修。②电气运行值班人员定时参看隔离柜监测温度,及时掌握隔离柜运行情况。③每年进行一次隔离开关检修,并对隔离开关做相关电气实验,及时了解隔离开关性能劣化程度。④做好隔离开关的巡视检查,及时发现排除异常情况。⑤对本次事故应急处置,根据本次事故的现场处置情况,查找不足,及时做好总结,并对原应急预案进行优化完善。