低压变压器短路引起的高压侧母线故障事故分析及防范

２０１ｉ年９月　第３期　河北工程技术高等专科学校学报　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＨＥＢＥＩ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　ＡＮＤ　ＴＥＣＨＮＩＣＡＬ　ＣＯＬＬＥＧＥ　Ｓｅｐ．２０１ｌ　ＮＯ．３　文章编号：１００８—３７８２（２０１１）０３—００４７—０３　低压变压器短路引起的高压侧母线　故障事故分析及防范　宋　晓　（中国化工沧州大化股份有限公司电气车问，河北沧州０６１０００）　摘要：分析变压器短路故障的原因，查出６　ｋＶ断路器机构问题不能断开故障电流引起越级信号动作并造成上一级断路器跳　闸。经过对断路器机构检修，继电保护定值重新整定计算，并加装失灵保护，解决保护间配合的不足之处。　关键词：过流信号；误自投；数字电器保护设备；试验周期　中图分类号：ＴＭ７７３　文献标识码：Ａ　ｌ　事故经过　总变电站是一个双电源单母线分段，内外双桥式接线方　式。双电源电压均为３５　ｋＶ，分别供给１，ＩＩ段母线，有两台　１６　０００　ｋＶＡ主变压器变为６　ｋＶ电压经母线供生产用电。　３５　ｋＶ和６　ｋＶ母线都有联络开关３４５和６４５。正常时３５　ｋＶ　两段都投入运行，两段互做备用。变电站采用单母线分段接线　形式，用断路器把母线分段后，对重要设备可以从不同段引出　两个回路，有两个电源供电。当一段母线发生故障，分段断路　上　－上－　器自动将故障段切除，保证正常母线不问断供电和不致使重　要设备停电。内外双桥式接线，可以提高改变输电线路运行方　式的灵活性；对变压器和电源进线回路操作都很方便口］。总变　电站系统图如图１所示。　２０１０年８月２日１４点３５分左右，当时气候炎热，室外　至１Ｏ变２＃变压器　至ｌ０变１＃变压器　温度３８　Ｃ，湿度６０％。总变电站控制室突然中央信号盘的事　故及预告信号发出了“１０变２＃变压器接地报警”光子牌（１０　图１　总变电站３５　ｋＶ，６　ｋＶ系统图　变２＃变压器是公司的井河水泵房的２＃变压器）信号频繁瞬时亮起数次，此时应为１０变２＃变压器瞬间接　地数次。１０　Ｓ后“１０变２＃变压器接地报警”光子牌常亮，伴有预告信号铃声，此时应为１Ｏ变２＃变压器接　地。２　Ｓ后事故及预告信号又发出了“６　ｋＶ１１段系统接地”信号，其光子牌常亮，又过了２　Ｓ后事故及预告信号　又发出了“６　ｋＶＩＩ段电压互感器熔断器熔断”信号，其光子牌常亮，并伴有预告铃声。此时６　ｋＶ配电室内的　情况是６１０２（１０变２＃变压器开关柜）的位置信号指示灯全灭（红，绿灯），６１０２断路器的机械机构位置信号　牌还是显示在合闸位置，能闻到刺鼻的气味，断路器的机构中冒出了白色的烟。这时用手动切除控制开关已　经不管用。６　ｋＶ电压互感器的熔断器三相全部熔断。这是控制室中控制盘上显示“６　ｋＶ的分段断路器自投　动作”信号动作，光子牌常亮。说明６　ｋＶ母联分段开关６４５自投成功，并伴有事故笛响起。立刻事故及预告　信号盘上发出了“６　ｋＶ　Ｉ段系统接地”信号，光子牌常亮。当时值班员立即手动切除了６　ｋＶ母联分段开关　６４５和６　ｋＶ　ＩＩ段母线断路器开关６０２，此时６　ｋＶ　ＩＩ段母线电压消失，２＃主变空载运行，事故及预告信号盘　上的“６　ｋＶ　Ｉ段系统接地”信号消失，光子牌灭。　收稿日期：２０１１一Ｏ６—１Ｏ　作者简介：宋晓（１９８１一），男，河北沧州人，中国化工沧州大化股份有限公司初级电气工程师，从事电网运行和继电保护工作。　４８　河北工程技术高等专科学校学报　公司的“井河水泵房”有两台变压器（１ｏ变１＃，２＃），泵房从地下抽取的地下水供给全公司的工艺设备　生产用水，蓄水池储水，消防用水以及厂内生活用水。此次停电事故造成总变电站６　ｋＶ　ＩＩ段母线停电２　ｄ，　生产供水减少１／２，许多现场工艺设备不能正常运行，工艺生产车间停车２　ｄ，１０变２＃变压器喷油爆炸，总　变６　ｋＶ配电室６１０２断路器烧毁。直接经济损失３００多万元。　２事故分析　１０变２＃变压器因为发生相间短路故障，造成过流继电器动作，过流信号为非选　择性的。变压器的高低两侧跳闸，低压侧母线断路器４１０２过流保护经１．２　ｓ延时动　作跳闸成功，总变电站的事故及预告信号已经动作发出信号，６　ｋＶ配电室的６１０２开　关柜的过流保护应该在３　ｓ后动作跳闸，但是因为断路器本身的机械机构卡死，未能　及时跳开断路器，造成事故扩大越级。将６１０２变压器的短路故障电路延伸至６　ｋｖ　ＩＩ　母线，而６　ｋＶＩＩ段母线断路器６０２认为６１０２过流信号已动作，所以６０２的过流信号　图２　１０变２＃变　不会动作，造成母线系统接地故障信号发出，６　ｋＶ　Ｉｌ段的短路电流将该段的电压互　压器接地故障圈　感器的熔断器熔断，电压互感器失电，系统误判断为６　ｋＶ　ＩＩ低电压　保护信号动作，母联分段断路器６４５开关误自投。又将故障短路电流　‘时间（，）　５．４　ｓ　延伸至６　ｋＶ　１段母线上，事故扩大。如果不能立即切除故障将会造　：！！　ｌ　成总变电站６　ｋＶ母线Ｉ、ＩＩ失电，全公司停电，工艺车间原料报废，　’　设备严重损坏的危险。故障被切除后由于短路电流的长期存在造成　电流（，ｄ）　６１０２断路器烧毁，１０变２＃变压器喷油爆炸。　事故及预告信号动作顺序：ｉ０变２＃变压器接地报警一６　ｋＶ　ＩＩ　４１０２　６１０２　６０２　３０２　段系统接地一６　ｋＶ　ＩＩ段电压互感器熔断器熔断一６　ｋＶ分段断路器　图３过流保护时限配合示意圈　自投成功一６　ｋＶ　Ｉ段系统接地。接地故障如图２所示，过流继电器动作时限如图３所示。　３改造措施　３．１调整实验周期　电气设备的电气试验固然重要，能发现设备本身存在的问题，还应根据设备运行的实际情况调整试验周　期，此次事故因６１０２断路器已运行将近１８个月未停运作电气传动试验，断路器机械机构故障未能发现，发　生了原可以避免的故障，造成事故的扩大。电气设备的试验周期最长时间应为一年一次。新投入的断路器投　入前或大修后断路器投入前均应进行断路器的耐压试验，试验断路器断流能力，应用开断电流代替断流容　量。取断路器实际开断时间（为继电保护动作时间与断路器固有分闸时间之和）的短路电流作为试验条件。　３．２定期巡视检查　目前的容量较小的变压器现场安置在户外露天式，变压器旁边无围墙和顶棚遮拦。造成变压器短路故障　是多方面的，有变压器内部故障和外部原因造成的，应该积极防御。为了防止有人攀爬变压器和变压器遭到　空中落物，应在变压器周围加盖围墙和架设顶棚防治空中落物和阳光暴晒雨雪侵蚀。电力设施所处的环境是　相当复杂和千变万化的，最容易受到环境变化的影响，所以规定要对电器设备和设备场区进行定期巡视检　查。其目的是监视，检查设备运行或使用的情况，是否发生缺陷、异常，场区是否有危险情况后危险物等　ｚ－。　３．３更新电气设备　适当更新电气设备，新电气设备有以往电气设备不可比拟的优势，ｇ＊ｂＴＩＢ电气设备上的缺陷。比如先　进的数字电器保护设备比以往机械式继电器动作的灵敏性和准确性准确很多，能保障设备迅速可靠动作。在　６１０２开关柜上弃用了老式的模拟信号保护设备，采用了深圳中电电力技术有限公司的ＰＭＣ一６５１０微机型保　护测控装置。它的电源采用１００　Ｖ一５　Ａ，交直流两用。与站二次电源相匹配，保护动作反应时限短，几乎可以　第３期　宋晓：低压变压器短路引起的高压侧母线故障事故分析及　托　达到０秒准确动作。　３．４过流保护重新整定计算　动作电流按躲过并列运行中切除一台变压器时所产生的过负荷电流。公司１ｏ变１＃。２＃两台变压器容　量相等按下式［２］，　，出一［　・ｍ／Ｋ　（　一１）］　定电流。　（１）　式中，　为动作电流；Ｋ　为可靠系数；　为返回系数；　为并列运行的变压器的台数；，　为每台变压器的额　１Ｏ变１＃，２＃变压器电源侧的过电流保护，与低压侧过电流保护相配合的计算公式为　Ｉｄｚ一１．１　ｄｚ＋Ｉｆｈ・ｉ　（２）　式中，　ａ。为分段（母联）断路器上过流保护的动作电流；　・ｉ为与所考虑的变压器相连的母线段的正常动作　电流。　继电器动作电流按下式计算：　出・Ｊ一（Ｋ　／　１）　ｄｚ　（３）　式中，Ｋｊｘ为电流互感器接线系数；　为电流互感器变比。　灵敏系数按下式计算　Ｋ—Ｉｓ・Ｊ・ｍｉｎ／Ｉｄｚ・Ｊ　（４）　式中，Ｉｓ・Ｊ・ｍｉｎ为计算运行方式下，灵敏度系数效验点发生短路时，流过继电器的最小短路电流（可采用　稳态短路电流）。　在断路器上加装失灵保护，断路器失灵保护作为一种近后备保护方式得到了普遍采用，其目的是当发生　故障断路器拒动时，快速而有选择性地切除故障。当系统发生故障，失灵保护就是通过故障元件的保护，作用　于本变电站相邻断路器跳闸。断路器失灵保护相电流判别元件的灵敏度系数大于１．３，应能躲过正常运行的　负荷电流。失灵保护延时元件的整定时限应大于断路器的跳闸时间与保护装置的返回时间之和，并有一定的　裕度［　。　４　结束语　经过上述方案的改造，１Ｏ变２＃变压器投入前对６１０２断路器及其继电保护装置进行电气试验后，断路　器均能断开正常负荷电流和故障短路电流。继电保护装置输入上述公式的计算数值能满足要求准确动作。经　过一段时间的正常运行后设备一切正常。此后相继对６　ｋＶ配电室其他开关柜进行了相同的改造后运行稳　定效果明显。　参考　文　献　［１］朱良镭，王萍，丁雁．电力工程电气设计手册：一次部分［Ｍ］．北京：中国电力出版社，１９９１：６５—７０．　［２］王锡生．大型变电站实施分级巡视的探讨［Ｍ］．北京：中国电力出版社，２００３：１９３—１９９．　［３］李润琴，纪素青，丁雁．电力工程电气设计手册：二次部分［Ｍ］．北京：中国电力出版社，１９９１：７０７—７１４．　［４］李素芯．电气运行人员技术问答［Ｍ］．北京：中国电力出版社．１９９７：２７４．２８１．　（下转第５７页）　第３期　和滨：一起操作箱与断路器配合不当引起的分析　５７　３　结论　断路器相关回路的正确设计、合理配置以及功能的可靠使用，需要操作箱、断路器生产厂家及相关现场　工作人员不断地根据现场的运行要求及时改进和优化完善，使断路器的运行和控制更合理、更可靠。　参考文　献　［１］　陈明杰．断路器分合闸失灵的原因及处理ＥＪ３．农村电工，２００９（０４）：３１—３３．　Ｅ２３李毅然．断路器常见故障的诊断及其处理方法的探讨ＥＪ］．郑铁科技通讯，２００７（Ｏ３）：３９９—４００．　Ｅ３３胡静．高压断路器拒分产生的原因及故障处理ＥＪ］．新疆电力技术，２００８（Ｏ３）：４６—４８．　［４］刘静，李剑．永磁机构真空断路器在电力系统中的推广应用［Ｊ］．新疆电力技术，２００８（Ｏ３）：９－１０．　［５３黄惠娟．关于断路器防跳回路的探讨［Ｊ］．职业，２００９（０９）：３５—３７．　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｆａｕｌｔ　Ｃａｕｓｅｄ　ｂｙ　Ｍｉｓｍａｔｃｈ　ｏｆ　Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　Ｂｏｘ　ａｎｄ　Ｂｒｅａｋｅｒ　ＨＥ　Ｂｉｎ　（Ｃａｎｇｚｈｏｕ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｕｐｐｌｙ　Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｃａｎｇｚｈｏｕ　０６１００１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｂｕｒｎｏｕｔ　ｏｆ　ｐｈａｓｅ　Ｂ　ｃｌｏｓｉｎｇ　ｓｅｌｆ—ｈｏｌｄｉｎｇ　ｐｌｕｇ—ｉｎ　ｏｆ　ｓｗｉｔｃｈ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｂｏｘ　ｉｎ　ａ　ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｃａｎｇｚｈｏｕ　ａｒｅａ，ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｂｒｉｅｆｌｙ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｏｎ　ｍａｔｃｈ　ｏｆ　ｏｐｅｎｉｎｇ　ａｎｄ　ｃｌｏｓｉｎｇ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ，ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｂｏｘ　ａｎｄ　ｉｎｎｅｒ　ｓｗｉｔｃｈ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｃｉｒｃｕｉｔ，ａｎｄ　ｐｕｔ　ｆｏｒｗａｒｄ　ｔｈｅ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｃｌｏｓｉｎｇ　ｃｏｉｌ；ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｂｏｘ；ｃｏｉｌ　ｉｒｏｎ　ｃｏｒｅ　ｓｔｒｏｋｅ；ｆｕｓｉｎｇ　ｄｕｒａｔｉｏｎ；ｃｕｒｒｅｎｔ—ｌｉｍｉｔｉｎｇ　ｒｅｓｉｓ—　ｔａｎｃｅ　（责任编辑：张铁壁）　（上接第４９页）　Ｔｈｅ　Ａｃｃｉｄｅｎｔ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　Ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｈｉｇｈ　Ｖｏｌｔａｇｅ　Ｌａｔｅｒａｌ　Ｂｕｓ　Ｆａｕｌｔ　Ｃａｕｓｅｄ　ｂｙ　Ｌｏｗ　Ｖｏｌｔａｇｅ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ　Ｓｈｏｒｔ．．ｃｉｒｃｕｉｔｓ　ＳＯＮＧ　Ｘｉａｏ　（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｗｏｒｋｓｈｏｐ，Ｃｈｉｎａ　Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ　Ｃａｎｇｚｈｏｕ　Ｄａｈｕａ　Ｌｉｍｉｔｅｄ　Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｃａｎｇｚｈｏｕ　０６１　０００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｃａｕｓｅｓ　０｛ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ　ｓｈｏｒｔ—ｃｉｒｃｕｉｔｓ　ａｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｏｆ　６　ｋｖ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｂｒｅａｋｅｒ，ｔｈｅ　ｆａｉｌｕｒｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｃｏｕｌｄ　ｎｏｔ　ｂｅ　ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔｅｄ，ｗｈｉｃｈ　ｃａｕｓｅｄ　ｔｈｅ　ｈｉｇｈｅｒ　ｌｅｖｅｌ　ｓｉｇｎａｌ　ａｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｈｉｇｈｅｒ　ｌｅｖｅｌ　ｂｒｅａｋｅｒ．Ｔｈｒｏｕｇｈ　ｓｅｒｖｉｃｉｎｇ　ｔｈｅ　ｂｒｅａｋｅｒｓ，ｒｅｓｅｔｔｉｎｇ　ｔｈｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｒｅｌａｙ　ｐｒｏｔｅｃ—　ｔｉｏｎ　ｃｏｎｓｔａｎｔ　ｖａｌｕｅ，ａｎｄ　ｉｎｓｔａｌｌｉｎｇ　ｂｒｅａｋｅｒ　ｆａｉｌｕｒｅ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ｄｅｆｉｃｉｅｎｃｉｅｓ　ｄｕｒｉｎｇ　ｔｈｅｉｒ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｓ　ｗｅｒｅ　ｒｅｓｏｌｖｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｏｖｅｒ—ｃｕｒｒｅｎｔ　ｓｉｇｎａｌ；ｉｎｃｏｒｒｅｃｔ　ａｕｔｏ—ｃａｓｔ；ｄｉｇｉｔａｌ　ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ；ｔｅｓｔ　ｐｅｒｉｏｄ　（责任编辑：张铁壁）