關(guān)于泵站停機(jī)故障的分析

段 強(qiáng)

（山西省萬家寨引黃工程總公司，太原 030012）

2012年3月9日11點(diǎn)00分45秒，GM 3泵站3#機(jī)零序過流保護(hù)動(dòng)作，3#機(jī)停機(jī)；11點(diǎn)06分26秒在調(diào)度人員遠(yuǎn)方起動(dòng)1#機(jī)的過程中，3#主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作、10kV充電保護(hù)動(dòng)作，主變高、低壓側(cè)開關(guān)跳閘、10kV母聯(lián)開關(guān)掉閘，3#主變及10kV Ⅰ段母線退出運(yùn)行，導(dǎo)致1#機(jī)起動(dòng)失敗和正在變速運(yùn)行的2#機(jī)停機(jī)。相關(guān)保護(hù)動(dòng)作及故障情況分析如下。

1 故障前系統(tǒng)運(yùn)行方式

圖1 總?cè)谜緳C(jī)組運(yùn)行示意圖

如圖1所示，發(fā)生故障前系統(tǒng)主設(shè)備的運(yùn)行方式為：110kV A、B段母線合環(huán)正常運(yùn)行；2B、3B兩臺(tái)主變并列運(yùn)行；10kV Ⅰ、Ⅱ段母線聯(lián)絡(luò)運(yùn)行；技術(shù)供水系統(tǒng)為“現(xiàn)地”取水口自流供水方式，運(yùn)行正常；1#機(jī)組處于“遠(yuǎn)方”熱備用狀態(tài)；2#SFC帶2#機(jī)“遠(yuǎn)方”變速正常運(yùn)行（接10kV Ⅰ段母線），3號(hào)機(jī)接 10kV Ⅱ段母線，定速正常運(yùn)行；1#SFC處于“遠(yuǎn)方”熱備用狀態(tài)；400V系統(tǒng)正常運(yùn)行。

2 故障現(xiàn)象及設(shè)備檢查情況

1）事件詳細(xì)情況

2012年3月9日11時(shí)00分，正在運(yùn)行的3號(hào)機(jī)報(bào)重故障停機(jī)。運(yùn)行人員進(jìn)行現(xiàn)場檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)，3號(hào)機(jī)LCU屏上報(bào)（1）Electrical Power Heavy Fault；（2）Neutral Ground Fault (51N-SM)；（3）Common Heavy Fault；（4）SM Pump Heavy Fault；同時(shí)信號(hào)繼電器86-SM掉牌。

3#機(jī)停機(jī)后，調(diào)度立即遠(yuǎn)方用1#變頻機(jī)起動(dòng)1#機(jī)，在 1#機(jī)起動(dòng)過程中，運(yùn)行值班人員聽到 10kV配電室傳出爆炸聲，消防報(bào)警起動(dòng)，同時(shí)3#主變差動(dòng)、后備保護(hù)動(dòng)作、10kV母聯(lián)充電保護(hù)動(dòng)作，主變高、低壓側(cè)143DL、543DL跳閘，10kV母聯(lián)540DL跳閘，1#機(jī)起動(dòng)不成功、2#機(jī)停機(jī)。

2）設(shè)備檢查情況

技術(shù)人員2012年3月9日11時(shí)20分收到總?cè)谜?號(hào)機(jī)零序過流保護(hù)動(dòng)作停機(jī)及3號(hào)主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，高、低壓側(cè)開關(guān)跳閘事件報(bào)告，在進(jìn)一步查看現(xiàn)場保護(hù)動(dòng)作情況后，電氣二次技術(shù)人員對保護(hù)裝置本體及二次接線進(jìn)行了仔細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)并無異常情況；隨即對3#主變保護(hù)和3#機(jī)零序過流保護(hù)裝置進(jìn)行了校驗(yàn)，并對故障錄波器及3#主變的主、后備保護(hù)裝置進(jìn)行了故障波形下載。

3 故障情況分析

3.1 裝置情況

1）GM 3泵站3B主變保護(hù)裝置采用國電南自的PST-1200數(shù)字式變壓器保護(hù)裝置，于 2011年6月改造投產(chǎn)。

裝置定值設(shè)置（在此只列出差動(dòng)保護(hù)定值設(shè)置項(xiàng)）：

（1）定值設(shè)定：差動(dòng)速斷IdQ=4.2A；比率差動(dòng)Icd=0.3A。

（2）時(shí)間整定：T=0s。

2）GM 3泵站主機(jī)零序過流保護(hù)配置為零序差動(dòng)保護(hù)（GE SR469）和零序反時(shí)限過流保護(hù)（GE N系列過流繼電器NCO61P-01AK 52），與泵站主設(shè)備同期投運(yùn)。

裝置定值設(shè)置（在此只列出零序差動(dòng)保護(hù)定值設(shè)置項(xiàng)）：

（1）SR469定值設(shè)定：零序差動(dòng)I0cd=0.1A。

（2）零序差動(dòng)時(shí)間整定：T=100ms。

（3）零序反時(shí)限過流保護(hù)定值：Ioc=0.1A。

（4）零序反時(shí)限時(shí)間整定：T=0.1s。

原理接線如圖2所示。

圖2 機(jī)組零序保護(hù)配置

由保護(hù)裝置動(dòng)作情況分析，此次3號(hào)機(jī)零序保護(hù)只有零序反時(shí)限過流保護(hù)動(dòng)作，而零序差動(dòng)保護(hù)沒有動(dòng)作，說明接地故障點(diǎn)不在機(jī)組內(nèi)部，應(yīng)在機(jī)組外部（屬于零序差動(dòng)區(qū)外故障）。

3）GM 3泵站 10kV母聯(lián)充電保護(hù)采用國電南自公司的PSL641微機(jī)保護(hù)裝置，與泵站主設(shè)備同期投運(yùn)。

裝置定值設(shè)置（在此只列出過流Ⅰ段保護(hù)定值設(shè)置項(xiàng)）：

（1）定值設(shè)定：電流Ⅰ段Ioc=2.2A；

（2）時(shí)間整定：T=0s。

3.2 故障波形分析

1）3號(hào)主變保護(hù)裝置波形分析

總?cè)谜?#主變保護(hù)共配置兩套PST-1200裝置，所錄故障波形如圖3、圖4所示。

圖3 3#主變第Ⅰ套保護(hù)裝置波形圖

圖4 3#主變第Ⅱ套保護(hù)裝置波形圖

從上述兩套保護(hù)裝置的波形圖上可以看出，先是3#主變低壓側(cè)電纜發(fā)生A、B相間短路，在短路電弧作用下電纜頭爆炸，大約 30ms后發(fā)展成三相短路故障，從而引發(fā)3號(hào)主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。由此可見3#主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作屬于正確動(dòng)作。

2）故障錄波裝置波形分析

電氣二次技術(shù)人員對下載的故障錄波裝置所錄故障波形進(jìn)行分析判讀，截取了幾個(gè)故障發(fā)展關(guān)鍵點(diǎn)的波形圖，如圖5、6、7所示。

從圖5的電壓波形可以看出，在運(yùn)行中10kV Ⅰ母（含附近分支線路）A相出現(xiàn)對地絕緣損壞的現(xiàn)象（從波形上看，疑似產(chǎn)生對地放電的電?。捎?A相對地絕緣損壞，導(dǎo)致A相間歇性對地放電（或接地），從而導(dǎo)致B、C相電壓升高到正常值的1.732倍（對地達(dá)10kV）。事后調(diào)查，證明為3#主變低壓側(cè)開關(guān)柜電纜頭A相絕緣損壞。

圖5 故障錄波儀-單相接地故障波形圖

圖6 故障錄波儀-10kV Ⅰ段母線PT保險(xiǎn)C相熔斷波形圖

從圖6的電壓波形圖上可以看出，在3#主變低壓側(cè)電纜頭 A相接地后，由于相電壓升高，導(dǎo)致10kV Ⅰ段PT電流增加，C相保險(xiǎn)熔斷。

圖7 故障錄波儀-兩相短路接地發(fā)展至三相短路接地直至故障切除波形圖

從圖7的電流波形圖上可以看出，紅線處3#主變低壓側(cè)A、B兩相發(fā)生短路，約30ms后發(fā)展成三相短路，3#主變差動(dòng)保護(hù)正確動(dòng)作，將故障切除。

3.3 故障發(fā)展經(jīng)過分析

綜上故障波形分析、SCADA系統(tǒng)趨勢圖查看和運(yùn)行人員的描述，此次故障發(fā)展情況分析如下。

1）3月9日上午11時(shí)00分45秒，3#主變低壓側(cè)至10kV Ⅰ段母線電纜頭由于絕緣下降發(fā)生了A相閃絡(luò)性接地故障，此時(shí)3#機(jī)直接接在10kV母線上定速運(yùn)行，電機(jī)保護(hù)（51n-sm1）監(jiān)測到了接地電流，零序反時(shí)限過流保護(hù)動(dòng)作，3#機(jī)停機(jī)。10kV Ⅰ段PT C相保險(xiǎn)則在接地故障發(fā)生2.5s后熔斷。

2）調(diào)度人員發(fā)現(xiàn)3#機(jī)組停運(yùn)后，于上午11時(shí)06分25s遠(yuǎn)方通過1#SFC起動(dòng)處于熱備用的1#機(jī)組，在1#機(jī)起動(dòng)過程中，3#主變低壓側(cè)電纜的A相接地故障發(fā)展為A、B相短路，并迅速（30ms左右）發(fā)展為三相短路接地，3#主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，3#主變高低壓側(cè)開關(guān)掉閘。

3）由于泵站10kV Ⅰ、Ⅱ兩段母線聯(lián)絡(luò)運(yùn)行，3#主變低壓側(cè)電纜的故障發(fā)展為A、B相短路的同時(shí)，2#主變通過低壓側(cè)開關(guān)542DL、母聯(lián)開關(guān)540DL向短路點(diǎn)供給短路電流，造成母聯(lián)充電保護(hù)PSL641動(dòng)作，10kV母聯(lián)540DL跳閘，10kVⅠ段母線失電，從而引起2號(hào)機(jī)停運(yùn)，1號(hào)機(jī)起動(dòng)不成功。

4 處理情況

電氣二次修試人員在完成保護(hù)動(dòng)作情況查看后，立即著手對動(dòng)作的保護(hù)裝置及其二次回路進(jìn)行了檢查和校驗(yàn)。

4.1 保護(hù)二次回路檢查情況

1） 檢查3#主變保護(hù)兩套PST-1200裝置外觀正常，接線端子牢固無過流、發(fā)熱痕跡，目視檢查主變高低壓電流互感器無異常發(fā)現(xiàn)。

2）檢查3#機(jī)組N系列零序反時(shí)限過電流繼電器外觀正常，接線端子牢固無過流、發(fā)熱痕跡，目視檢查3#機(jī)組中性點(diǎn)零序電流互感器無異常發(fā)現(xiàn)。

4.2 保護(hù)裝置校驗(yàn)情況

1）主變保護(hù)裝置

（1）保護(hù)裝置設(shè)備見表1。

表1 保護(hù)裝置設(shè)備表

（2）保護(hù)交流采樣檢查見表2。

表2 電流零漂檢查

交流采樣檢查見表3和表4。

表3 Ⅰ側(cè)相電流采樣值

表4 Ⅱ側(cè)相電流采樣值

（3）定值清單見表5。

表5 定值清單見表

（4）保護(hù)試驗(yàn)見表6和表7。

表6 比率差動(dòng)保護(hù)

表7 差動(dòng)速斷保護(hù)

（5）結(jié)論：合格。

2）3#機(jī)零序過流繼電器（見表8和表9）。

表8 裝置設(shè)備表

表9 裝置校驗(yàn)情況

結(jié)論：合格。

5 結(jié)論

1）綜合以上分析可確定，本次停機(jī)事件是由于3#主變低壓側(cè)開關(guān)柜電纜頭在長期帶電運(yùn)行后A相絕緣劣化以至損壞，之后逐步發(fā)展為 A、B兩相發(fā)生短路，約 30ms后發(fā)展成三相短路，零序過流保護(hù)、主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作正確。

2）建議運(yùn)行人員針對性地對開關(guān)柜加強(qiáng)巡視，提早發(fā)現(xiàn)電纜絕緣劣化隱患。

3）為更準(zhǔn)確的確定保護(hù)的動(dòng)作順序，建議各泵站保護(hù)裝置加裝GPS自動(dòng)校時(shí)裝置，有助于事故的快速分析及處理。