某垃圾焚烧电厂主变跳闸事故分析

杜灵亮

关键词：变压器;过电流;跳闸

0引言

升压变压器是发电厂电气设备中的主设备之一，主变容量较大，结构复杂，运行可靠性要求高，所以设置了不同类别的保护装置，以保障其安全运行。主变微机保护配置有电量保护和非电量保护两类，在某次主变跳闸事故中，工作人员检查了二次接线回路，未发现回路灼伤等异常现象，也没有出现重瓦斯、压力释放之类的非电量信号，仅有差动保护、电流保护等电量保护动作。因此，本文结合事件动作记录、保护定值和保护动作判据，分析此次事故原因，提出处理措施，希望以后可以尽力避免同类事件的发生。

1变跳闸事故

1.1电厂基本情况

垃圾焚烧电厂设置1台焚烧炉和1台发电机，发电机额定电压10.5kV;升压站设置1台升压变压器，升压至35kV，经371开关送入电网。10kV侧为单母线结构，发电机通过发电机出口断路器连接至10kV母线。电气主接线如图1所示。

1.2事故经过

2020年2月10日，雷雨天气，电厂内主变高压侧371开关跳闸，开关柜内过电压保护器A相损坏。事发时发电机组未投入，由电网提供厂用电。

当天16：40二值接班，监盘过程中，发现10kV电压偏低，其中AC相最低时达9.45kV，在此期间值班员一直注意10kV电压的变化情况。16：53集控室照明灯熄灭，后台警铃响、报警信号发出，35kV主变高压侧371开关、低压侧001开关跳闸，#1锅炉变073开关失电未跳闸，400V厂用电失电，厂区事故照明自动切换为蓄电池供电。运行人员到高低压配电室进行检查发现高低压配电室有异味，进一步检查发现主变高压侧371开关柜内过电压保护器A相已损坏，值班人员立即将事件经过汇报地调;地调下令将主变高压侧371开关转为冷备用状态。

当天17：30断开高低压配电室所有负荷开关，做好相关安全措施后，组织人员开展施工电源临时搭接至化水工作电源开关，厂用电恢复正常供电。

现场检查照片如图2～5所示。从图中可看出，避雷器A相已被击穿损坏，避雷器底座也已经损毁发黑，后柜门和绝缘子也遭到不同程度的烧伤。

避雷器自身仍存在过电压防护问题，如果过电压进入避雷器保护动作区，超出其过电压承受能力，也会导致避雷器损坏爆炸。

2跳闸记录分析

2.1事故前后数值记录

该垃圾焚烧电厂在建设阶段没有安装电力故障录波装置，无法获知故障发生前后电量信息曲线和开关量信息的变化，本次无法通过录波波形分析判断开关跳闸的原因，而后台系统采样周期较长，对事后故障分析并无帮助。

事故发生前（0：00-16：51）电压参数均属于正常范围内，且三相电流平衡（以上参数的取点时问问隔为5min），无参考价值，此处不做赘述。

2.2关键保护装置动作及报警信息记录

根据事故调查情况汇报，按时间先后顺序对各装置动作情况做了如下整理。

（1）线路保护测控装置

16：53：19.068000000ms保护启动[动作]，最大相电流1.091A;4050ms保护启动[返回]。

（2）主变保护测控屏高后备保护装置

16：53：19.075000000ms保护启动[动作]，最大相电流1.748A;990ms过流I段动作[动作]，最大相电流3.232A，故障相别：AN;1040ms过流I段动作[返回]。

（3）主变保护测控屏差动保护装置

16：53：19.076000000ms保护启动[动作]，10 ms差动动作[动作]，A相差流1.894 A，B相差流0.001A，C相差流1.894A;A相制动电流0.947A，B相制动电流0.004A，C相制动电流0.949A;1050ms差动动作[返回]。

（4）主变保护测控屏低后备保护装置

16：53：20.118 0000ms保护启动[动作]，008005 I母PT断线告警[动作]，010000ms I母低压I段动作[动作]，010000 msI母低压Ⅱ段动作[动作]。

（5）对侧变电站保護动作情况

对侧变电站过流Ⅱ段动作，重合闸动作并合闸成功。

2.3继电保护分析

2.3.1有关装置保护整定值统计表

（1）基本参数如表1所示。

（2）35kV线路保护测控装置有关整定值如表2所示。

（3）主变差动保护装置有关整定值如表3所示。

（4）主变高后备保护装置有关整定值如表4所示。

2.3.2有关保护装置动作过程分析

（1）依据动作过程记录情况，首先35kV线路保护启动[动作]，根据保护定值单，所有过电流保护投入方向均为线路方向，根据方向电流保护的动作原理，此时短路功率从母线流向线路，判断故障最初出现在35kV线路侧。

（2）在35kV线路保护启动[动作]间隔8ms后，主变差动保护启动[动作];几乎同时，主变高侧过流I段{0.71 A，1 s，跳两侧}保护启动[动作]，主变高侧过流I段投入方向指向变压器;判断此时电厂内部也出现了故障点，极可能主变高压侧371开关柜内过电压保护器A相被击穿。

（3）主变差动保护启动后10 ms差动动作[动作]，此时应该跳主变两侧断路器，但是并未成功。主变高侧过流I段经跳闸延时后动作跳闸，断开主变35kV高侧断路器。经了解现场保护投入情况，差动保护出口硬压板由于现场调试原因并未投入，导致差动保护未能在第一时间切除主变两侧断路器，而是通过后备保护切除的故障点。

（4）35 kV线路保护有保护启动但没有动作跳闸输出，可判断故障虽然最初出现在线路侧，但在达到35 kV线路保护跳闸定值和跳闸延时之前，故障点已转移到电厂内部，不符合35 kV线路保护方向性条件，所以35 kV线路保护最终没有跳开断路器。

（5）主变35 kV侧开关跳开后厂用电失电，主变低压侧保护装置低电压保护动作。

（6）对侧变电站过流Ⅱ段动作，且重合闸成功，过流Ⅱ段并不能保护线路全长，根据保护分级配合原则，推断故障出现在线路上并且是瞬时故障。

综合以上各台保护装置整定值以及保护装置动作过程，判断当天35kV线路遭遇雷击导致线路过电压，且击穿了电厂371开关柜内过电压保护器A相，由于主变差动保护出口回路硬压板退出，最终促使主变高后备保护装置跳开主变两侧断路器。

3跳闸事故处理

电厂内371开关柜内过电压保护器A相已被击穿，出线绝缘子已损坏，需要及时进行更换，以免造成运行停滞。开关柜后柜门被电弧烧伤，节省成本考虑，可不更换，但应用酒精擦拭干净。

检查371开关柜内断路器动作特性是否完好，断路器绝缘能力有无受到影响;检查主变压器低压侧断路器及附件是否完好，断路器性能有无受到影响;检查主变高压侧至371断路器连接电缆相问绝缘是否完好，有没有发生短路情况;检查35kV线路侧安装的避雷器绝缘性能是否完好，有没有受到影响;对同批次、同型号的避雷器开展状态评价工作。

当过电压保护器在运行环境有湿度偏大时，要保持厂房通风系统有效投入，对设备运行情况及时跟踪。检修运行管理部门组织进行继电保护动作试验，及时投入主变差动保护压板，必要时可通知继电保护厂家到现场配合进行功能试验。主变高压侧高后备保护以快速切除保护范围内故障为原则，尽量缩短高后备保护动作时间，防止主变故障持续时间长，扩大事故范围。

电厂运行过程中，需要管理部門严格落实管理规定。机组正常运行情况下，所有保护及自动装置必须按照规程规定全部投入，运行人员投切继电保护压板必须由两人进行。机组投入使用前，运行人员应进行全面核查。

4结束语

此次事故虽然是由于自然环境原因引起的，但是故障发生后，由于主变差动保护硬压板退出导致主变两侧开关未能在第一时间断开，也存在一定的现场管理原因。通过该次事件，本文提出以下几点建议。

（1）编制一次设备启动时保护装置的投退及保护定值的调整方案时，应综合整定计算、保护运行、方式安排等各专业方面的实际情况，并以能最快速、最可靠切除故障为原则。

（2）对于保护定值异常投退及处理情况应做好记录，发生异常的保护或自动装置经检修处理后，确认可以投入运行的应将信息告知值长，运行责任人及时填写保护投入申请单，逐级批准后投入运行。

（3）已运行的开关柜结合停电时检查，观察开关柜底部孔洞是否封堵严密，要杜绝小动物进入的可能，防止相间短路或接地短路故障。

（4）在厂内设置1台故障录波装置，接入发电机、升压变压器、上网线路等主要回路的电量信息和开关量信息。在电网中发生故障时，故障录波装置对于确定故障性质、故障部位和系统振荡情况，对于分析继电保护装置动作情况，提高系统安全运行水平有着重要意义，已经是目前电厂运行中必不可少的设备之一。