双流停电分析

个人简介 姓名 郭树林工作单位 北京首都机场动力能源有限公司职务 公司技术采购部技术主管 高级工程师联系方式箱 guoshulin 2 公司概况 动力能源公司主要承担首都机场地区的供水 供电 供气 供热 供冷 供蒸汽 污水处理 航空垃圾焚烧等动力能源系统的生产供应 运行管理和维修维护 为首都机场航站区 飞行区 工作区 生活区提供安全稳定的动力能源供应保障 是首都机场专业化公司的翘楚和能源保障的主导力量 3 主营业务 暖通供暖 能源中心冷却塔 110kV站 燃气管道 公司主营业务 供电5 2亿千瓦时供水1000万吨供天燃气 5700万立方米供热 370万平方米供冷 110万平方米公司年已成为年销售额9 7亿元的大型国有企业 背景 成都双流机场811事件发生后 受民航局机场司安全处的委派北京首都机场李爱民 郭树林于8月16日赴双流机场对事件原因进行了分析 主要内容 站内基本情况故障现象抢修经过故障原因分析930开关故障点位置分析几个问题的再探讨 一 站内基本情况 1 主要设备情况双流机场110KV变电站为一座110 10KV电压等级的变电站安装3 15万千伏安主变两台10KV开关柜49面 两路进线分别由220kV长顺站和220kV石羊站接入的110kV顺航线及110kV羊航线 110KV开关采用户外设备 制造商为北京ABB 变压器制造商为西门子 10KV开关制造商为镇江霍力克 现公司更名为大全伊顿 2 主接线方式 110KV部分采用典型的内桥式接线10KV部分采用单母线分段式主接线正常运行方式为两台变压器分列运行 930 二 故障现象 1 2009年8月11日10时14分13秒双流机场110kv变电站10kv一段母线出现接地报警 2 一段母线接地运行37秒后 10时14分50 126秒902开关过流掉闸 10时14分50 127秒901开关过流掉闸 全站停电 3 10时18分值班员试发902开关未成功 4 值班员到10kv开关室检查时发现930开关柜着火 迅速采取灭火措施进行扑救 避免了火情的进一步蔓延 保证了其他开关柜未受到本次故障的影响 三 抢修经过 1 现场人员开始准备隔离故障设备930 断路器柜 但由于930 断路器柜机构和柜体已变形 断路器小车无法拉出 现场立即组织人员拆开930断路器柜后盖板 拆除10kVI II段联络母排 2 立即对II段母线进行了绝缘检测 检测合格后进行试送电 由于二次回路烧毁严重 三次送电未成功 3 经成都电业局继保所支援人员对二次回路的处理和检查后 于14时59分正式合上902开关 至15时28分 恢复II段全部负荷 23时35分 I段10kV开始恢复供电 至8月12日00时10分 10kVI段负荷供电全部恢复 四 故障原因分析 1 939开关电缆C相发生接地是否是811事件的主要原因 1 1成都机场10KV供电系统属于小电流接地系统 其中性点采取的是通过消弧线圈接地的方式 消弧线圈额定电流为25 75A 采用自动调谐补偿控制方式 并配有阻尼电阻防止谐振 正常情况下系统发生谐振的可能行较小 1 2从电缆接地故障点来看属典型的金属性单相接地故障 间歇放电的可能性较小 也就是说不存在反复弧光过电压的可能性 1 3单相接地是10KV系统运行过程中常见的一种故障现象 系统在设计时和设备选型时已充分考虑单相接地的过电压情况 小电流接地系统允许单相接地运行2小时 因此 我们认为系统对于单相接地是应该能够承受的 换句话说 在设备正常的情况下不应该出现单相接地诱发开关爆炸的现象 结论 939开关出现单相接地不是811事件的主要原因 从因果因素上分析 939开关出现单相接地是事故的诱因 2 开关自身缺陷是造成本次故障的主要原因 2 1系统发生单相接地后会产生一定的过电压 过电压一般分两种形式 一是在接地瞬间会弧光过电压 其波形类似于雷击过电压 其幅值无法通过系统正常的表记进行显示 但其会从接地点向变电站内传播 在此过程中会发生衰减 一旦超过避雷器的电压限值 避雷器会动作 相关资料显示过电压最高可达到35KV 二是工频过电压 工频过电压的水平会比弧光要低 金属性接地时非接地相的电压会升高为线电压 在消弧线圈补偿容量与系统电容电流接近时会产生谐振过电压 因此消弧线圈的脱谐度要求大于5 工频过电压可以通过表计观察 一般表现为表计指针突破上限 2 2开关柜的耐受过电压水平 依据高压开关设备的共用订货技术导则 DLT593 1996 和12KV 40 5KV高压真空断路器订货技术条件 DLT403 2000 规定 真空断路器要求耐受冲击电压峰值75KV 1分钟工频耐压42KV 表4开关设备的额定绝缘水平 因此在930开关完好的状况下 系统完全能够抵御系统出现的一定水平过电压 从表1 表2可以看出系统至少要产生75KV的冲击电压或者42KV以上的工频电压才能造成930开关绝缘发生损坏 如果谐振产生如此高的电压 损坏的设备将会不止是930开关一个 因此判断930开关存在缺陷 并且此缺陷是造成本次故障的主要原因 换句话说 如果930开关没有缺陷即使单相接地造成系统过电压也不会发生811停电事件 3 设备未及时得到检修实验以及当值值班人员的操作错误是本次故障的次要原因 1 未及时检修设备 造成设备存在缺陷 2007年7月22日预防性试验后 930开关柜因断路器小车卡涩 无法抽出 一直未进行定期清扫维护和预防性试验等工作 承担此项工作的四川省电建二公司在2008年未按要求进行相关实验 也未和甲方就此开关的实验情况进行沟通 四川电力建设公司在此事件上是存在一定过失的 811事件发生后 该公司已主动退出成都机场110KV变电站的实验工作 2 值班入员在未完全检查站内设备的情况下合上902开关 加剧了毁损程度 在10kVI II段母线失压 变电站对外供电全停后 值班员误判故障情况 合上902断路器对10kVII段母线试送电 进一步加剧了930断路器柜内一 二次设备毁坏 导致抢修恢复送电时间延长 但是我们并不能判定值班人员不进行合闸小车就能够顺利地抽出 二次回路就不会烧毁 因此我们认为值班人员试合902开关是本次事件的次要原因 事故结论 我们认为成都机场811停电事件是一起由接地故障诱发的因为断路器绝缘下降造成的停电事件 系统出现接地是诱因 断路器绝缘下降是主因 值班人员的操作不当和未进行试验是次要原因 五 930开关故障点位置分析 1 成都电监会专家组的调查结论是 单相接地故障产生的暂时过电压 处于热备用状态的930 分段断路器B相 A相断路器支撑绝缘子对地 断路器小车 放电 由于C相一直处于单相接地故障状态 故与C相形成相间短路 存在问题 问题1 930开关的绝缘子不可能同时出现绝缘击穿的故障 如果同时击穿 那肯定是产品有重大缺陷 如果单个绝缘子击穿就会引发弧光短路 那肯定也是开关本身设计有问题 存在问题 问题2 C相的接地点在939开关下侧 也就是说在站外 939开关C相接地点和930开关B相在形成相间短路时 939开关就会有短路电流流过 939开关速断保护应动作 实际939开关保护装置未动作 930 939 ABC ABC 存在问题 问题3 930开关断路器小车的支撑绝缘子的固定螺栓非常光亮 如果是内部绝缘击穿 固定螺栓肯定会有烧灼的痕迹 从外部来说 开关虽然两年没有清扫 但由于处于开关柜内相对密闭的环境绝缘子的污秽程度不会很高 除非绝缘子上有异物 但现场未发现有异物的痕迹 2 930开关C相断路器灭弧室存在制造缺陷 此类缺陷运行期间不易发现 导致断路器动静触头断口绝缘水平降低 当出现939开关接地故障后 930开关C相断口间便产生了压差 幅值为当时的相电压值 断口间击穿出现反复拉弧现象 灭弧室气体膨胀发生爆炸 C相爆炸后引起的弧光引起三相弧光短路 能量巨大 造成开关爆炸 短路电流持续1 9秒 继而901 902开关过流跳闸 930 930 2开关本体严重变形 短路点无法在短时间内消除 造成全站停电 接地前后930开关断口电压分析 接地后930开关断口电压分析 当1段母线C相发生接地后 电压平衡就发生了变化 断口间本来很小的电压差此时发生了变化 如果此时开关带有缺陷 则可能出现灭弧室击穿发生爆炸 从930开关现场看 开关3相均破损严重 而且有从灭弧室向外喷射的痕迹 证明灭弧室内部发生了严重的爆炸 问题 问题1 哪相灭弧室最先爆炸 从现场来看C相灭弧室损坏最为严重 其次是B相 最轻的为A相 我们初步判断为C相发生的爆炸 继而B相 A相相继发生了爆炸 C相爆炸后接地点转移到了930开关内部 此时发生三相短路939开关不会有短路电流流过 问题 问题2 从电力监控记录来看是110KV1段母线先出现低压报警 2段母线12毫秒后才出现低压报警 10KV2段母线较1段母线早11毫秒出现低压报警 这是两个相互矛盾的信息 3 触壁和梅花触头经检查 断路器小车上下梅花触头及触臂以及除灭弧室外其他位置均未发现短路源头痕迹 因此我们判定触壁和梅花触头不是爆炸故障的引发点 六 几个问题的再探讨 1 选择消弧线圈接地系统还是小电阻接地系统 1 1小电流接地系统 小电流接地系统包括 中性点不接地系统 中性点经消弧线圈接地系统 中性点经大电阻接地系统 小电流接地系统在发生单相接地后 系统原有的电容电流分布遭到破坏 正常情况下三相电容电流的矢量和为0 系统发生接地后 接地相的电容电流变为0 非接地相的电容电流升高为原来的 3倍 根据规程规定可运行两个小时 国内一般采用中性点经消弧线圈接地系统 适用于架空线较多的系统 消弧线圈的容量要根据系统的电容电流来选择 并要保持一定得脱谐度 一般采用过补偿的方式 消弧线圈接地方式的优点 发生单相接地仍能维持运行 对于一些负荷来说不会停电 对于架空线等易发瞬时性接地的故障 接地点消除后仍能够维持正常运行 消弧线圈接地方式的缺点 发生接地后 故障路的判断需要一定的经验和技巧 目前仍在采用拉路查找的方式 部分变电站安装小电流接地选线系统 但在实际运行过程中经常出现误判 单相接地后过电压水平较高 最高可达线电压的3 2倍 长时间单相接地可能造成更为严重的三相短路故障 接地点附近会对人身安全造成一定的威胁 存在触电的危险 接地发生后 接地电流不足以满足保护装置的灵敏度需要 因此无法实现跳闸 1 2 小电阻接地系统 与小电流接地系统相对应的是大电流接地系统 他是指中性点直接接地系统 0 4K 110KV以上系统都属于大电流接地系统 大电流接地系统在发生单相接地时 在接地相和中性点之间会产生较大的电流 系统电压平衡遭到破坏 为了保证发生单相接地时系统电压不遭到严重破坏 同时又满足保护装置的灵敏度需要 随着电力系统的发展逐渐产生了小电阻接地系统 其原理是在接地变压器中型点与地之间接入一电阻 阻值一般选择为10欧姆 单相接地时接地电流在500A 600A之间 小电阻接地方式的优点 单相接地时会迅速跳闸 避免由单相接地演变成两相或三相短路等更为严重的故障保护装置能够自动跳闸 无需人工干预系统过电压水平较低持续时间较短 小电阻接地方式的缺点 无论接地是否为永久性的还是为暂时性的均会发生跳闸 1 3接地系统的选择及发展趋势 目前 由于10KV电缆的大量应用 尤其是在城市地区 消弧线圈接地系统已逐步被小电阻接地系统所替代 对于存在大量架空线的供电系统如广大农村地区仍在大量采用消弧线圈接地系统 国家规范中对此没有明确的选择规范 8 11事件发生后 专家组建议成都机场10KV中性点的接地方式由消弧线圈接地变成小电阻接地系统 2 母联开关是否应该退运 故障发生后 专家组建议930开关由运行位置退至实验位置 远10KV母联自投装置停用 成都机场已按专家意见修改运行方式 分析 930开关处于运行位置 自投装置运行是大多数110KV变电站所采用的运行方式 成都供电局也在大量使用该运行方式 主变发生故障后 主变10KV总开关将跳闸 母联开关将自投 同时对于上游失压也可选择掉10KV进线开关 投10KV母联开关 母联退到实验位置后 自投功能也随之停用 这种运行方式值得进一步探讨 究竟是母联开关出现故障的概率大还是变压器出现故障的概率大并没有准确的