6 kV F－C开关爆炸事故原因分析及处理

李泽财，苟建伟，安小军，鲁毅东

(华能铜川电厂，陕西铜川727100)

目前，大多数电厂一般不配置专用的快速母线保护，而是依赖发变组分支后备保护延时切除母线短路故障，一般延时为1.5～2.0 s。故障的延时切除，加大了设备的损伤程度，甚至造成开关爆炸，严重威胁到人员的安全和系统设备的安全运行。因此，为了保证高压厂用系统的安全运行，本文分析了1起600 MW发电厂厂用6 kV F－C开关爆炸的事故处理经过，指出了设置6 kV母线保护的必要性，并提出了快速母线保护方案。

1 事故分析

1.1 事故现场检查情况

2010－11－24 T00:16:00，某600 MW发电厂2号机6 kV工作IIB段B汽泵前置泵F－C开关间隔运行中突然发生爆炸，机组被迫降负荷。开关爆炸导致相邻间隔及6 kV工作IIA段部分间隔开关均有不同程度损坏。开关柜门被电弧冲落到地上，开关上半部全部烧损，下半部基本完好，B相真空泡破损，B汽泵前置泵开关柜左、右侧及相邻开关柜被电弧击穿1个孔洞，母线室左右两侧穿墙套管烧损，母线热缩套全部烧损，母线支持绝缘子烧损，相邻两柜母线室母线热缩套及母线支持绝缘子均有不同程度的损伤，一次电缆CT全部烧损。2号机组A汽泵前置泵开关间隔的保护装置及二次回路严重烧坏，2号机组B炉水循环泵开关、B汽泵前置泵开关开关、C炉水循环泵开关、相邻的备用间隔屏顶小母线严重烧坏，附近的2号机组A引风机开关间隔、D间冷冷却水泵间隔、2号机组凝结水输送泵开关间隔、A炉水循环泵开关间隔、母线PT间隔开关面板设备受损。

1.2 发变组保护动作情况

2010－11－24 T00:16:39:998，2号机组发变组保护A、B柜启动，经过1 721 ms发组保护A柜A2分支过流I，II段动作，1 722 ms发变组保护B柜A2分支过流I、II段动作，保护跳闸出口 A2分支跳闸。

1.3 故障录波情况

2010－11－24 T00:17:39:982，2号机故障录波器时间与发变组保护装置相差59.984 s，2号机组故障录波器6 kV工作IIB段C相电压突变启动，A相电压突变为96.987 V，B相突变为98.634 V，C相电压突变为6.25 V，负序电压为92 V;2号机6 kV工作 B段A相电流为0.783 A，B相电流为0.795 A，C相电流为0.856 A，零序电流为1.732 A;厂高工作变高压侧A相电流为0.952 A，B相电流为0.955 A，C相电流为0.984 A。经过220 ms，2号机6 kV工作B段A相电压为6.3 V，B相电压为8.60 V，C相电流为8.24 V;A相电流为26.506 A，B相电流为29.117 A，C相电流为26.011 A;厂高工作变高压侧A相电流为17.461 A，B相电流为17.161 A，C相电流为15.437 A。17分41秒784毫秒，B段电流电压变为0，故障录波曲线如图1所示。

1.4 保护设置及整定

6 kV母线设置两段过流保护，定值一致，经复压闭锁，动作于跳本分支开关，在发变组保护中实现，6 kV母线进线断路器保护装置不设置保护。6 kV母线保护定值设置情况如表1所示。

过流定值的整定原则［1］:

1)按正常运行中IIB段任一设备故障快速切除后，全部电动机自启动及变压器负荷整定。

2)按正常运行中1台最大电动机冷态起动及变压器负荷整定。

3)与6 kV段最大变压器过流定值及最大电动机电流速断定值配合整定。

电流取整定原则三者最大值，时间与下一级保护最大延时配合，下级保护最长延时为定时限过流，延时1 s，分支过流保护延时取1.5 s。

表1 6 kV母线保护定值设置情况

1.5 事故分析

故障点最初出现在在C相上触头盒内，而且燃弧一段时间后才发生的C相对地短路。故障过程:C相静触头出现异常→运行中触头发热→持续高温导致触头片烧损→动静触头间产生间隙放电→拉弧→电弧从触头盒最热的部位烧穿，绝缘下降→引发C相对金属柜体拉弧短路→故障继发为三相相间弧光短路及A相对侧板弧光短路。

由于故障发生在开关柜的母线侧，不在微机综保和熔断器的保护范围内，所以由上级开关切除故障。事故发生的保护动作过程如下:B汽泵前置泵母线侧发生C相接地，经过200 ms左右，发生三相短路，引起开关爆炸着火。1 700 ms左右发变组后备分支保护正确动作，跳开B段工作电源开关，切掉故障点。

2 设置6 kV母线保护的必要性

2.1 短路产生电弧的危害

开关设备内部间隔发生故障而产生的电弧光造成开关设备中的压力和温度迅速增加，如不及时切除，将造成以下重大危害:电弧光中心温度相当于太阳表面温度的2倍，约为20 000℃，由于过热将导致铜排、铝排融毁气化;电缆融毁，电缆护套着火;过热导致压力上升，使开关设备爆炸;开关设备剧烈振动，使固定元件松脱;过热导致压力上升，使开关设备爆炸;上一级变压器承受近距离短路故障冲击，故障电流产生的电动力可能导致变压器绕组变形发生匝间短路;故障产生的弧光以300 m/s的速度爆发，可摧毁途中的任何物质，若波及站内直流系统就会使全站直流失电，将造成无法弥补的重大损失及人员伤亡。

电弧光故障的危害程度取决于电弧光电流及切除时间，电弧光产生的能量与I2t成指数规律快速上升［2］，如图2 所示。

2.2 不同燃弧时间下对设备造成的损坏程度

从图2可以看出，只有总切除时间小于100 ms，才能保证设备不受结构性损伤。各种燃弧时间下对设备造成的损坏度如表2所示。

表2 不同燃弧时间下对设备造成的损坏度

2.3 设置6 kV快速母线保护的必要性

6 kV高压开关作为电厂常用的设备，是运行人员经常操作的对象，数量在百台以上，其可靠性和安全性在电厂中占有举足轻重的作用。若依靠传统的配置方案，会使故障切除时间延长，使事故扩大，可能对系统造成极大破坏，甚至人员伤亡。如果在100 ms内能切除故障，那么可以杜绝此类事故的发生，保证人身和设备安全。

3 快速母线保护方案

3.1 级联方案

快速母线保护功能是在不依赖专门的母线保护装置的前提下，依靠总进线开关保护与各馈线开关保护的配合来实现的快速母线保护。总线开关保护装置在“级联输入闭锁”功能投入的情况下，其速断保护经下一级所有馈线的无延时“过流启动级连输出接点”闭锁，即馈线回路有故障时，该馈线保护装置无时限跳闸，同时发信号至6 kV进线开关内的保护装置，闭锁进线开关速断保护出口。当6 kV母线故障时，馈线保护装置因检测不到故障电流而不发出级联信号，则6 kV进线开关速断保护以较短时限切除母线故障。

珠海拓普公司生产的TOP9720系列保护装置可选配此项功能，最快可以在45 ms内切除故障。该保护在大别山电厂得到了较好的应用，投产6 a以来，运行稳定。

3.2 电弧光保护

开关柜内部发生电弧短路故障时，所产生的故障特性量包括产生电弧、压力上升、电流增大等。电弧保护的主要动作依据是电弧的产生，为进一步提高保护的动作可靠性及提供有选择的切除故障，将检测电流增量作为闭锁条件。当电弧保护系统同时检测到电弧和过电流时，即发出跳闸命令，切除故障。

电弧保护通常由主单元、电弧及过流检测单元以及电弧传感器组成。电弧传感器可放置在开关设备的任何位置，根据电弧传感器的实际物理位置可实现保护的分区功能，结合过流检测单元的保护动作信号，可提供有选择性地切除各种复杂接线方式的母线保护。

电弧光保护系统的故障切除总时间一般为80～100 ms，可有效避免设备受电弧危害而损坏。目前，在渭河、灞桥等电厂的高压厂用系统中，电弧光保护系统已得到应用，至今运行情况良好。

4 结论

1)高压厂用系统的安全运行直接关系到整个电厂的安全可靠性，因此高压厂用母线的保护配置至关重要。

2)传统的保护配置时限过长，致使故障延时切除存在很大安全隐患，建议对发电厂高压厂用母线设置快速母线保护，电弧光保护和级联保护都是不错的选择。

［1］ 李锦屏，郭锡玖，李英伟，等．发电厂高压厂用分支限时速断保护的研究［J］．电力设备，2008，9(2):36 －38．

［2］ 董杰，黄生睿，刘全，等．电厂6 kV系统级联保护方案［J］．电力系统保护与制，2010，38(15):147 －148．