6 kV F－C開(kāi)關(guān)爆炸事故原因分析及處理

李澤財(cái)，茍建偉，安小軍，魯毅東

(華能銅川電廠，陜西銅川727100)

目前，大多數(shù)電廠一般不配置專用的快速母線保護(hù)，而是依賴發(fā)變組分支后備保護(hù)延時(shí)切除母線短路故障，一般延時(shí)為1.5～2.0 s。故障的延時(shí)切除，加大了設(shè)備的損傷程度，甚至造成開(kāi)關(guān)爆炸，嚴(yán)重威脅到人員的安全和系統(tǒng)設(shè)備的安全運(yùn)行。因此，為了保證高壓廠用系統(tǒng)的安全運(yùn)行，本文分析了1起600 MW發(fā)電廠廠用6 kV F－C開(kāi)關(guān)爆炸的事故處理經(jīng)過(guò)，指出了設(shè)置6 kV母線保護(hù)的必要性，并提出了快速母線保護(hù)方案。

1 事故分析

1.1 事故現(xiàn)場(chǎng)檢查情況

2010－11－24 T00:16:00，某600 MW發(fā)電廠2號(hào)機(jī)6 kV工作IIB段B汽泵前置泵F－C開(kāi)關(guān)間隔運(yùn)行中突然發(fā)生爆炸，機(jī)組被迫降負(fù)荷。開(kāi)關(guān)爆炸導(dǎo)致相鄰間隔及6 kV工作IIA段部分間隔開(kāi)關(guān)均有不同程度損壞。開(kāi)關(guān)柜門被電弧沖落到地上，開(kāi)關(guān)上半部全部燒損，下半部基本完好，B相真空泡破損，B汽泵前置泵開(kāi)關(guān)柜左、右側(cè)及相鄰開(kāi)關(guān)柜被電弧擊穿1個(gè)孔洞，母線室左右兩側(cè)穿墻套管燒損，母線熱縮套全部燒損，母線支持絕緣子燒損，相鄰兩柜母線室母線熱縮套及母線支持絕緣子均有不同程度的損傷，一次電纜CT全部燒損。2號(hào)機(jī)組A汽泵前置泵開(kāi)關(guān)間隔的保護(hù)裝置及二次回路嚴(yán)重?zé)龎模?號(hào)機(jī)組B爐水循環(huán)泵開(kāi)關(guān)、B汽泵前置泵開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)、C爐水循環(huán)泵開(kāi)關(guān)、相鄰的備用間隔屏頂小母線嚴(yán)重?zé)龎模浇?號(hào)機(jī)組A引風(fēng)機(jī)開(kāi)關(guān)間隔、D間冷冷卻水泵間隔、2號(hào)機(jī)組凝結(jié)水輸送泵開(kāi)關(guān)間隔、A爐水循環(huán)泵開(kāi)關(guān)間隔、母線PT間隔開(kāi)關(guān)面板設(shè)備受損。

1.2 發(fā)變組保護(hù)動(dòng)作情況

2010－11－24 T00:16:39:998，2號(hào)機(jī)組發(fā)變組保護(hù)A、B柜啟動(dòng)，經(jīng)過(guò)1 721 ms發(fā)組保護(hù)A柜A2分支過(guò)流I，II段動(dòng)作，1 722 ms發(fā)變組保護(hù)B柜A2分支過(guò)流I、II段動(dòng)作，保護(hù)跳閘出口 A2分支跳閘。

1.3 故障錄波情況

2010－11－24 T00:17:39:982，2號(hào)機(jī)故障錄波器時(shí)間與發(fā)變組保護(hù)裝置相差59.984 s，2號(hào)機(jī)組故障錄波器6 kV工作IIB段C相電壓突變啟動(dòng)，A相電壓突變?yōu)?6.987 V，B相突變?yōu)?8.634 V，C相電壓突變?yōu)?.25 V，負(fù)序電壓為92 V;2號(hào)機(jī)6 kV工作 B段A相電流為0.783 A，B相電流為0.795 A，C相電流為0.856 A，零序電流為1.732 A;廠高工作變高壓側(cè)A相電流為0.952 A，B相電流為0.955 A，C相電流為0.984 A。經(jīng)過(guò)220 ms，2號(hào)機(jī)6 kV工作B段A相電壓為6.3 V，B相電壓為8.60 V，C相電流為8.24 V;A相電流為26.506 A，B相電流為29.117 A，C相電流為26.011 A;廠高工作變高壓側(cè)A相電流為17.461 A，B相電流為17.161 A，C相電流為15.437 A。17分41秒784毫秒，B段電流電壓變?yōu)?，故障錄波曲線如圖1所示。

1.4 保護(hù)設(shè)置及整定

6 kV母線設(shè)置兩段過(guò)流保護(hù)，定值一致，經(jīng)復(fù)壓閉鎖，動(dòng)作于跳本分支開(kāi)關(guān)，在發(fā)變組保護(hù)中實(shí)現(xiàn)，6 kV母線進(jìn)線斷路器保護(hù)裝置不設(shè)置保護(hù)。6 kV母線保護(hù)定值設(shè)置情況如表1所示。

過(guò)流定值的整定原則［1］:

1)按正常運(yùn)行中IIB段任一設(shè)備故障快速切除后，全部電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)及變壓器負(fù)荷整定。

2)按正常運(yùn)行中1臺(tái)最大電動(dòng)機(jī)冷態(tài)起動(dòng)及變壓器負(fù)荷整定。

3)與6 kV段最大變壓器過(guò)流定值及最大電動(dòng)機(jī)電流速斷定值配合整定。

電流取整定原則三者最大值，時(shí)間與下一級(jí)保護(hù)最大延時(shí)配合，下級(jí)保護(hù)最長(zhǎng)延時(shí)為定時(shí)限過(guò)流，延時(shí)1 s，分支過(guò)流保護(hù)延時(shí)取1.5 s。

表1 6 kV母線保護(hù)定值設(shè)置情況

1.5 事故分析

故障點(diǎn)最初出現(xiàn)在在C相上觸頭盒內(nèi)，而且燃弧一段時(shí)間后才發(fā)生的C相對(duì)地短路。故障過(guò)程:C相靜觸頭出現(xiàn)異?！\(yùn)行中觸頭發(fā)熱→持續(xù)高溫導(dǎo)致觸頭片燒損→動(dòng)靜觸頭間產(chǎn)生間隙放電→拉弧→電弧從觸頭盒最熱的部位燒穿，絕緣下降→引發(fā)C相對(duì)金屬柜體拉弧短路→故障繼發(fā)為三相相間弧光短路及A相對(duì)側(cè)板弧光短路。

由于故障發(fā)生在開(kāi)關(guān)柜的母線側(cè)，不在微機(jī)綜保和熔斷器的保護(hù)范圍內(nèi)，所以由上級(jí)開(kāi)關(guān)切除故障。事故發(fā)生的保護(hù)動(dòng)作過(guò)程如下:B汽泵前置泵母線側(cè)發(fā)生C相接地，經(jīng)過(guò)200 ms左右，發(fā)生三相短路，引起開(kāi)關(guān)爆炸著火。1 700 ms左右發(fā)變組后備分支保護(hù)正確動(dòng)作，跳開(kāi)B段工作電源開(kāi)關(guān)，切掉故障點(diǎn)。

2 設(shè)置6 kV母線保護(hù)的必要性

2.1 短路產(chǎn)生電弧的危害

開(kāi)關(guān)設(shè)備內(nèi)部間隔發(fā)生故障而產(chǎn)生的電弧光造成開(kāi)關(guān)設(shè)備中的壓力和溫度迅速增加，如不及時(shí)切除，將造成以下重大危害:電弧光中心溫度相當(dāng)于太陽(yáng)表面溫度的2倍，約為20 000℃，由于過(guò)熱將導(dǎo)致銅排、鋁排融毀氣化;電纜融毀，電纜護(hù)套著火;過(guò)熱導(dǎo)致壓力上升，使開(kāi)關(guān)設(shè)備爆炸;開(kāi)關(guān)設(shè)備劇烈振動(dòng)，使固定元件松脫;過(guò)熱導(dǎo)致壓力上升，使開(kāi)關(guān)設(shè)備爆炸;上一級(jí)變壓器承受近距離短路故障沖擊，故障電流產(chǎn)生的電動(dòng)力可能導(dǎo)致變壓器繞組變形發(fā)生匝間短路;故障產(chǎn)生的弧光以300 m/s的速度爆發(fā)，可摧毀途中的任何物質(zhì)，若波及站內(nèi)直流系統(tǒng)就會(huì)使全站直流失電，將造成無(wú)法彌補(bǔ)的重大損失及人員傷亡。

電弧光故障的危害程度取決于電弧光電流及切除時(shí)間，電弧光產(chǎn)生的能量與I2t成指數(shù)規(guī)律快速上升［2］，如圖2 所示。

2.2 不同燃弧時(shí)間下對(duì)設(shè)備造成的損壞程度

從圖2可以看出，只有總切除時(shí)間小于100 ms，才能保證設(shè)備不受結(jié)構(gòu)性損傷。各種燃弧時(shí)間下對(duì)設(shè)備造成的損壞度如表2所示。

表2 不同燃弧時(shí)間下對(duì)設(shè)備造成的損壞度

2.3 設(shè)置6 kV快速母線保護(hù)的必要性

6 kV高壓開(kāi)關(guān)作為電廠常用的設(shè)備，是運(yùn)行人員經(jīng)常操作的對(duì)象，數(shù)量在百臺(tái)以上，其可靠性和安全性在電廠中占有舉足輕重的作用。若依靠傳統(tǒng)的配置方案，會(huì)使故障切除時(shí)間延長(zhǎng)，使事故擴(kuò)大，可能對(duì)系統(tǒng)造成極大破壞，甚至人員傷亡。如果在100 ms內(nèi)能切除故障，那么可以杜絕此類事故的發(fā)生，保證人身和設(shè)備安全。

3 快速母線保護(hù)方案

3.1 級(jí)聯(lián)方案

快速母線保護(hù)功能是在不依賴專門的母線保護(hù)裝置的前提下，依靠總進(jìn)線開(kāi)關(guān)保護(hù)與各饋線開(kāi)關(guān)保護(hù)的配合來(lái)實(shí)現(xiàn)的快速母線保護(hù)?？偩€開(kāi)關(guān)保護(hù)裝置在“級(jí)聯(lián)輸入閉鎖”功能投入的情況下，其速斷保護(hù)經(jīng)下一級(jí)所有饋線的無(wú)延時(shí)“過(guò)流啟動(dòng)級(jí)連輸出接點(diǎn)”閉鎖，即饋線回路有故障時(shí)，該饋線保護(hù)裝置無(wú)時(shí)限跳閘，同時(shí)發(fā)信號(hào)至6 kV進(jìn)線開(kāi)關(guān)內(nèi)的保護(hù)裝置，閉鎖進(jìn)線開(kāi)關(guān)速斷保護(hù)出口。當(dāng)6 kV母線故障時(shí)，饋線保護(hù)裝置因檢測(cè)不到故障電流而不發(fā)出級(jí)聯(lián)信號(hào)，則6 kV進(jìn)線開(kāi)關(guān)速斷保護(hù)以較短時(shí)限切除母線故障。

珠海拓普公司生產(chǎn)的TOP9720系列保護(hù)裝置可選配此項(xiàng)功能，最快可以在45 ms內(nèi)切除故障。該保護(hù)在大別山電廠得到了較好的應(yīng)用，投產(chǎn)6 a以來(lái)，運(yùn)行穩(wěn)定。

3.2 電弧光保護(hù)

開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部發(fā)生電弧短路故障時(shí)，所產(chǎn)生的故障特性量包括產(chǎn)生電弧、壓力上升、電流增大等。電弧保護(hù)的主要?jiǎng)幼饕罁?jù)是電弧的產(chǎn)生，為進(jìn)一步提高保護(hù)的動(dòng)作可靠性及提供有選擇的切除故障，將檢測(cè)電流增量作為閉鎖條件。當(dāng)電弧保護(hù)系統(tǒng)同時(shí)檢測(cè)到電弧和過(guò)電流時(shí)，即發(fā)出跳閘命令，切除故障。

電弧保護(hù)通常由主單元、電弧及過(guò)流檢測(cè)單元以及電弧傳感器組成。電弧傳感器可放置在開(kāi)關(guān)設(shè)備的任何位置，根據(jù)電弧傳感器的實(shí)際物理位置可實(shí)現(xiàn)保護(hù)的分區(qū)功能，結(jié)合過(guò)流檢測(cè)單元的保護(hù)動(dòng)作信號(hào)，可提供有選擇性地切除各種復(fù)雜接線方式的母線保護(hù)。

電弧光保護(hù)系統(tǒng)的故障切除總時(shí)間一般為80～100 ms，可有效避免設(shè)備受電弧危害而損壞。目前，在渭河、灞橋等電廠的高壓廠用系統(tǒng)中，電弧光保護(hù)系統(tǒng)已得到應(yīng)用，至今運(yùn)行情況良好。

4 結(jié)論

1)高壓廠用系統(tǒng)的安全運(yùn)行直接關(guān)系到整個(gè)電廠的安全可靠性，因此高壓廠用母線的保護(hù)配置至關(guān)重要。

2)傳統(tǒng)的保護(hù)配置時(shí)限過(guò)長(zhǎng)，致使故障延時(shí)切除存在很大安全隱患，建議對(duì)發(fā)電廠高壓廠用母線設(shè)置快速母線保護(hù)，電弧光保護(hù)和級(jí)聯(lián)保護(hù)都是不錯(cuò)的選擇。

［1］ 李錦屏，郭錫玖，李英偉，等．發(fā)電廠高壓廠用分支限時(shí)速斷保護(hù)的研究［J］．電力設(shè)備，2008，9(2):36 －38．

［2］ 董杰，黃生睿，劉全，等．電廠6 kV系統(tǒng)級(jí)聯(lián)保護(hù)方案［J］．電力系統(tǒng)保護(hù)與制，2010，38(15):147 －148．