某石化廠110 kV變電站兩起晃電臨時(shí)停車(chē)事故分析

周正陽(yáng)(中海油氣(泰州)石化有限公司，江蘇 泰州 225300)

0 引言

石化行業(yè)對(duì)連續(xù)性生產(chǎn)要求極高，生產(chǎn)裝置對(duì)電壓的深幅波動(dòng)和瞬間失電的承受能力很差，電網(wǎng)稍有擾動(dòng)即可導(dǎo)致停車(chē)[1]，某煉化公司近期東區(qū)110 kV I段進(jìn)線線路兩次故障跳閘，晃電造成裝置臨時(shí)停車(chē)事故，一次晃電對(duì)裝置生產(chǎn)產(chǎn)生較大影響，21.5 h恢復(fù)正常運(yùn)行，另一次晃電對(duì)裝置影響輕微，2 h恢復(fù)正常運(yùn)行。

1 東區(qū)電力系統(tǒng)正常運(yùn)行情況

東區(qū)110 kV總變電所一次系統(tǒng)圖如圖1所示，110 kV兩路進(jìn)線由上級(jí)兩個(gè)220 kV變電所分別架設(shè)同塔雙回-濱江化工園區(qū)架空電纜混合線路至公司附近終端鐵塔，然后由電纜接入總變電所GIS，正常運(yùn)行時(shí)110 kV總變電站110 kV I、II段母線正常分列運(yùn)行，110 kV 1#、2#主變分別帶10 kV I、III段母線和II、IV段母線，通過(guò)總變10 kV出線帶全廠負(fù)荷運(yùn)行，東區(qū)所有下級(jí)變電所10 kV、400 V母線正常分列運(yùn)行。

圖1 東區(qū)一次系統(tǒng)圖

2 第一起晃電事故

2.1 事故經(jīng)過(guò)及影響

2019年12月16日21點(diǎn)28分55秒總變發(fā)生晃電現(xiàn)象，東區(qū)總變電氣班長(zhǎng)立即查看總變后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)總變110 kV快切保護(hù)動(dòng)作，已斷開(kāi)110 kV東界935進(jìn)線開(kāi)關(guān)，合上110 kV母聯(lián)710開(kāi)關(guān)。全廠由雙回路供電方式切換為東觀線830單回路供電。經(jīng)初步檢查總變電所110 kV GIS 935間隔無(wú)任何保護(hù)跳閘信號(hào)指示，各氣室壓力正常，東界935線路帶電指示裝置顯示935線路有電。21:30電氣班長(zhǎng)與供電公司調(diào)度取得聯(lián)系，經(jīng)調(diào)度初步確認(rèn)935線路失電為935線路故障，上級(jí)220 kV變電所935柜開(kāi)關(guān)保護(hù)跳閘(其后1 h供電公司人員對(duì)935線路試送電4次，每次都保護(hù)跳閘)。此時(shí)由于線路故障未確認(rèn)消除，總變?nèi)藛T未對(duì)當(dāng)前110kV運(yùn)行方式進(jìn)行操作，保持快切動(dòng)作后的單回路運(yùn)行。935進(jìn)線對(duì)應(yīng)我公司110 kV I段進(jìn)線，全廠I段所帶10kV高壓電機(jī)和400 V低壓電機(jī)全部停機(jī)，對(duì)裝置生產(chǎn)影響較大的重要設(shè)備催化主風(fēng)機(jī)、增壓機(jī)和空壓站的空壓機(jī)C機(jī)組(電源由I段供電)全部停機(jī)。由于高壓電機(jī)設(shè)置了低電壓保護(hù)并且動(dòng)作后需要人工在電機(jī)綜保手動(dòng)復(fù)位，當(dāng)班值班人員分為3路分別奔赴脫硫聯(lián)合、加制氫、公用工程變電所查看失電情況并恢復(fù)送電，低壓電機(jī)失電后由裝置操作工現(xiàn)場(chǎng)重啟。在迅速對(duì)所有失電設(shè)備進(jìn)行恢復(fù)供電后，與各裝置取得聯(lián)系對(duì)其他未能正常啟動(dòng)設(shè)備進(jìn)行了處理，恢復(fù)供電后安排人員對(duì)全廠變電所的UPS、EPS等重要設(shè)備進(jìn)行了再次巡查，確保全廠供電正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

界東線線路故障失電后，立即通知我公司110kV線路維保單位負(fù)責(zé)人，當(dāng)晚21:45立即組織相關(guān)人員于22:15左右趕到界東線線路現(xiàn)場(chǎng)，自220 kV界牌變起，沿線進(jìn)行夜間巡視檢查，未發(fā)現(xiàn)斷線、外破等情況。12月17日早7:30，杭州交聯(lián)安排2組共8人，由220 kV界牌變、界東935線末端兩頭分別進(jìn)行排查，未發(fā)現(xiàn)明顯異樣情況。早8:00左右與泰州調(diào)度聯(lián)系，確認(rèn)故障點(diǎn)在界東935線3.8 km左右處；針對(duì)該情況進(jìn)行重點(diǎn)排查；早10:00杭州交聯(lián)又組織登高人員2組共4人，以及無(wú)人機(jī)進(jìn)行逐桿排查。10:50左右無(wú)人機(jī)針對(duì)界東935線15#桿至21#桿進(jìn)行重點(diǎn)巡視，發(fā)現(xiàn)17#桿上導(dǎo)線絕緣子存在放電痕跡，絕緣子型號(hào)為FXBW-110/120合成絕緣子。11:15組織登高人員登桿確認(rèn)935線路上導(dǎo)線B相確實(shí)存在放電痕跡，確認(rèn)故障點(diǎn)。

確認(rèn)故障點(diǎn)后立即根據(jù)相關(guān)的應(yīng)急搶修方案，提交停電需求，同時(shí)進(jìn)行材料、人員、機(jī)械設(shè)備的準(zhǔn)備工作。下午14:40界東935線停電工作已完成，許可進(jìn)行搶修作業(yè)。15:07搶修工作結(jié)束，故障排除。16:40界東935線恢復(fù)送電，110kV總變恢復(fù)雙回路運(yùn)行。20:00催化車(chē)間完成主風(fēng)機(jī)并網(wǎng)切換，東區(qū)徹底消除此次失電對(duì)裝置造成的影響。

2.2 事故原因分析

此次晃電事故的主要原因是：界東線935線路距界牌變3.8 kM 17號(hào)鐵塔處，B相絕緣瓷瓶絕緣擊穿，界東線935線路B相單相接地短路，界牌變935開(kāi)關(guān)檢測(cè)到線路故障，啟動(dòng)保護(hù)，跳開(kāi)了935開(kāi)關(guān)，我公司東區(qū)110 kV界東線失電。并且此次供電公司在第一次跳閘后又對(duì)界牌變935試送電4次，每次都被保護(hù)跳開(kāi)，由于本公司西區(qū)界海938線與界東935線為上級(jí)220 kV變電所同一段母線出現(xiàn)，西廠區(qū)總變也受此次影響發(fā)生了4次輕微晃電，并未對(duì)西區(qū)生產(chǎn)裝置造成較大影響。

由于東區(qū)總變建設(shè)時(shí)并沒(méi)有上故障錄波裝置，所以此次分析主要是對(duì)110 kV母聯(lián)快切和10 kV設(shè)備綜保上錄取的故障錄波文件進(jìn)行分析。從快切此次故障記錄看當(dāng)界牌變935開(kāi)關(guān)分閘進(jìn)線線路失電時(shí)，本公司東區(qū)110 kV總變710快切瞬間完成母聯(lián)快切動(dòng)作，斷開(kāi)935進(jìn)線開(kāi)關(guān)，合上710母聯(lián)開(kāi)關(guān)，從判斷故障到完成母聯(lián)合閘，110 kVⅠ段母線得電，整個(gè)動(dòng)作過(guò)程共耗時(shí)171 ms。這次快切啟動(dòng)方式是無(wú)流啟動(dòng)(無(wú)流啟動(dòng)的條件是確認(rèn)無(wú)流和失頻)，動(dòng)作的切換方式是串聯(lián)。在快切成功后，東區(qū)I段母線上的10 kV電機(jī)都在斷電又得電后重新啟動(dòng)，如此多的大機(jī)組(其中包含10 000 KW的主風(fēng)機(jī)和1 850 kW的空壓機(jī))一起啟動(dòng)，產(chǎn)生了很大的啟動(dòng)電流，把剛得電的10 kV I段電網(wǎng)的母線電壓給拉下去了，直到累計(jì)超過(guò)500 ms，綜保判定失壓保護(hù)，切除正在重啟的中壓電機(jī)，電網(wǎng)電壓才恢復(fù)正常。

10 kV電機(jī)在低電壓保護(hù)跳閘停機(jī)后，必須人工手動(dòng)復(fù)位才能再次開(kāi)機(jī)，這也是本次對(duì)生產(chǎn)裝置造成重大影響的主要原因之一，奔赴5個(gè)10 kV子站手動(dòng)復(fù)位的過(guò)程必然耗時(shí)良久，恢復(fù)供電時(shí)間越久，對(duì)裝置生產(chǎn)造成影響越大。

3 第二起雷擊晃電

3.1 事故經(jīng)過(guò)及影響

2020年6月13日19時(shí)08分前，發(fā)生響雷，變壓器突然異響，聽(tīng)到GIS開(kāi)關(guān)設(shè)備動(dòng)作的聲響，110 kV東區(qū)總變運(yùn)行班長(zhǎng)立即查看總變后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)總變110 kV快切保護(hù)動(dòng)作，已斷開(kāi)935東界線進(jìn)線開(kāi)關(guān)，合上710母聯(lián)開(kāi)關(guān)。全廠由雙回路供電方式切換為東觀線830單回路供電(此次動(dòng)作情況基本和第一次晃停電事故一樣)。經(jīng)運(yùn)行班長(zhǎng)初步檢查東區(qū)總變110 kV GIS 935間隔無(wú)任何保護(hù)跳閘信號(hào)指示，各氣室壓力正常，935線路帶電指示裝置顯示935線路有電。隨后運(yùn)行班長(zhǎng)與供電公司調(diào)度取得聯(lián)系，調(diào)度讓運(yùn)行班長(zhǎng)立即檢查變電所設(shè)備情況。由于供電公司地調(diào)專線電話故障，供電公司地調(diào)19時(shí)11分聯(lián)系緊急聯(lián)系人，確認(rèn)本所設(shè)備動(dòng)作情況。然后我公司聯(lián)系巡線單位做好準(zhǔn)備，40 min后經(jīng)調(diào)度確認(rèn)界牌變935柜開(kāi)關(guān)保護(hù)跳閘，距離保護(hù)II段動(dòng)作，參考相B相，故障地點(diǎn)為線路離界牌變7.5 kM。聯(lián)系線路維保單位緊急趕到故障地點(diǎn)處檢查。在聯(lián)系供電公司地調(diào)時(shí)，運(yùn)行班長(zhǎng)同時(shí)安排班員立即通知我公司調(diào)度，詢問(wèn)各裝置設(shè)備跳停情況尤其是主風(fēng)機(jī)等大型設(shè)備運(yùn)行情況(此次10 kV電機(jī)等重要設(shè)備并未跳閘停機(jī))，并立刻去現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)送電，先到預(yù)處理變電所，再到重油變電所及其他變電所恢復(fù)送電，21時(shí)左右全部恢復(fù)。恢復(fù)供電后安排人員對(duì)全廠變電所的UPS、EPS等重要設(shè)備進(jìn)行了再次巡查，確保全廠供電正常運(yùn)轉(zhuǎn)。期間由于夜間并且大雨巡線單位無(wú)法確認(rèn)線路遭受雷擊還是線路故障跳停，東區(qū)總變值班人員未改變當(dāng)前110 kV運(yùn)行方式，保持快切動(dòng)作后的單回路運(yùn)行。線路維保單位于6月14日上午7時(shí)28分開(kāi)始檢查整條線路，10時(shí)27分檢查完成，確認(rèn)線路本身未存在問(wèn)題，初步判定為雷擊造成的線路失電，聯(lián)系供電公司10時(shí)58分恢復(fù)雙回路供電。

2020年6月13日19時(shí)08分48秒，界東線935線路距界牌變7.5 kM處，遭受雷擊，界牌變935開(kāi)關(guān)啟動(dòng)距離保護(hù)，迅速跳開(kāi)了935開(kāi)關(guān)，935開(kāi)關(guān)自行啟動(dòng)重合閘動(dòng)作成功。由于界牌變935柜出線開(kāi)關(guān)重合閘時(shí)間是1秒，所以造成我公司東區(qū)110 kV I段進(jìn)線失電，110 kV快切啟動(dòng)，跳開(kāi)935東界線進(jìn)線開(kāi)關(guān)，合上710母聯(lián)開(kāi)關(guān)，東區(qū)處于單回路運(yùn)行狀態(tài)。快切動(dòng)作時(shí)間為295 ms，在切換過(guò)程中造成公司I段母線失電。由于此次失壓時(shí)間未超過(guò)高壓電動(dòng)機(jī)的低電壓保護(hù)設(shè)定時(shí)間，故此次失電未造成高壓電動(dòng)機(jī)停機(jī)，但低壓電動(dòng)機(jī)的接觸器不能保持(殘壓為80%額定電壓時(shí)20 ms及以上接觸器就會(huì)釋放)，I段上的部分低壓電動(dòng)機(jī)受影響停機(jī)，但由于現(xiàn)場(chǎng)操作工迅速去現(xiàn)場(chǎng)重啟停機(jī)設(shè)備，并且重要設(shè)備為停機(jī)，故對(duì)東區(qū)裝置生產(chǎn)造成影響很輕微。

3.2 事故原因分析

此次晃電事故的主要原因是：當(dāng)天天氣為極端雷雨天氣，界東線935線路距界牌變7.5 kM處，B相線路遭受雷擊，界牌變935開(kāi)關(guān)啟動(dòng)距離保護(hù)，跳開(kāi)了935開(kāi)關(guān)，我公司東區(qū)110 kV界東線失電。由于東區(qū)總變建設(shè)時(shí)并沒(méi)有上故障錄波裝置，所以此次分析仍主要是對(duì)110 kV母聯(lián)快切和10 kV設(shè)備綜保上錄取的故障錄波文件進(jìn)行分析。從快切此次失電時(shí)間為快切動(dòng)作的295 ms，修復(fù)線路故障，恢復(fù)雙回路供電，生產(chǎn)裝置恢復(fù)失電前生產(chǎn)狀態(tài)共用時(shí)約2 h。

4 兩次事故對(duì)比分析

這兩次110 kV進(jìn)線線路故障跳閘造成晃電臨時(shí)停車(chē)事故非常類似，兩次都是110 kV I段進(jìn)線線路故障，并且都由110kV母線分列運(yùn)行轉(zhuǎn)為110 kV II段母線帶一段運(yùn)行，但是造成的影響相差很大，第一次晃電對(duì)裝置生產(chǎn)產(chǎn)生較大影響,I段上10kV設(shè)備(包括重要設(shè)備催化主風(fēng)機(jī)、增壓機(jī)和空壓站的空壓機(jī)C機(jī)組)和400V設(shè)備全部停機(jī)；第二次晃電恢復(fù)時(shí)間比第一次還長(zhǎng)100 ms，對(duì)裝置影響輕微，I段上10 kV設(shè)備沒(méi)有停機(jī)發(fā)生，400 V設(shè)備少部分停機(jī)，很快恢復(fù)正常運(yùn)行。

根據(jù)兩次10 kV主風(fēng)機(jī)施耐德SEPAM M41中壓綜保的低電壓保護(hù)的故障錄波文件進(jìn)行分析，現(xiàn)將圖2和圖3進(jìn)行對(duì)比，第一次晃電(圖2)中720 ms電壓波動(dòng)，晃電開(kāi)始；在920 ms左右(失電171 ms后快切動(dòng)作成功)電流從衰減狀態(tài)陡然增大，主風(fēng)機(jī)得電重啟，瞬間產(chǎn)生很大的啟動(dòng)電流，但此時(shí)電壓仍然沒(méi)有恢復(fù)，被迅速拉低，此時(shí)電壓明顯低于低電壓保護(hù)設(shè)定值0.6 U，500 ms后保護(hù)啟動(dòng)，此時(shí)電壓恢復(fù)正常。

第二次晃電(圖3)中720 ms電壓波動(dòng)，晃電開(kāi)始；在1 400 ms左右電流從衰減狀態(tài)陡然增大，主風(fēng)機(jī)得電重啟，瞬間產(chǎn)生很大的啟動(dòng)電流，但此時(shí)電壓已基本恢復(fù)，并沒(méi)有觸發(fā)低電壓保護(hù)，主風(fēng)機(jī)正常重啟。對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，第一次晃電快切啟動(dòng)時(shí)間動(dòng)作快，恢復(fù)供電迅速，在電壓波動(dòng)的一開(kāi)始快切就開(kāi)始啟動(dòng)并在171 ms內(nèi)完成；但是第二次晃電快切啟動(dòng)并不是在電壓波動(dòng)一開(kāi)始就啟動(dòng)，由于電壓波形衰減很平滑，快切應(yīng)該是在圖3 1 100 ms左右判定條件達(dá)到才開(kāi)始啟動(dòng)。很明顯第二次恢復(fù)供電時(shí)間要長(zhǎng)于第一次，但是第二次電壓沒(méi)有急劇衰減，殘壓比較大，所以并沒(méi)有很多設(shè)備因此停機(jī)。

圖2 第一次晃停電(2019.12.16)主風(fēng)機(jī)綜保故障錄波

圖3 第二次晃停電(2020.6.13)主風(fēng)機(jī)綜保故障錄波

由于110 kV總變沒(méi)有故障錄波裝置，所以對(duì)第二次電壓未急劇衰減的原因只能做出相關(guān)推測(cè)：主要由于兩次110 kV失電故障不同導(dǎo)致，第一次線路接地故障，將1#主變壓器線圈存儲(chǔ)電能迅速在接地點(diǎn)處放光，在110 kV I段母線通過(guò)母聯(lián)710開(kāi)關(guān)恢復(fù)供電時(shí)，存在一個(gè)對(duì)變壓器充電的過(guò)程，此時(shí)變壓器低壓側(cè)(10 kV側(cè))又有負(fù)荷非常大的機(jī)組啟動(dòng)，這兩個(gè)過(guò)程影響相互疊加，迅速拉低了10 kV的電壓。第二次為雷擊沖擊，并沒(méi)有接地，1#主變壓器線圈存儲(chǔ)電能緩慢衰減，故在110 kV得電后上述過(guò)程時(shí)間都可以縮短，故電壓恢復(fù)極快，對(duì)裝置影響也降到最低。

5 處理及建議

從這兩次晃電事故看，一次是設(shè)備老化質(zhì)量問(wèn)題，一次是極端天氣雷擊造成，一條線路失電，晃電不可避免，但是兩次的影響差別很大，在使用快切的情況下，調(diào)整相應(yīng)的保護(hù)定值，以求將對(duì)裝置影響降到最低。建議如下：

(1)建議將低電壓保護(hù)設(shè)置為故障自復(fù)位，即使在高壓電機(jī)晃電停機(jī)，現(xiàn)場(chǎng)操作人員也可以迅速手動(dòng)啟動(dòng)。(在第一晃電事故后已全部更改)

(2)雷雨等極端天氣，雷擊造成的線路跳閘停電，在上級(jí)變電所重合閘成功，確認(rèn)并無(wú)線路故障后，不必等到第二天再確認(rèn)現(xiàn)場(chǎng)情況，應(yīng)迅速恢復(fù)雙回路供電。雷擊可能會(huì)造成另一條線路跳閘停電，此時(shí)可能連安全停車(chē)用電都無(wú)法保證。

(3)加裝抗晃電模塊，低壓接觸器在電壓下降20%時(shí)20 ms就會(huì)釋放，雖然運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明，當(dāng)電網(wǎng)殘壓不低于85%時(shí)，200 ms內(nèi)多數(shù)設(shè)備不會(huì)停機(jī)[1]，但仍建議給重要低壓設(shè)備加裝抗晃電模塊，在電壓恢復(fù)后不會(huì)停機(jī)。

(4)對(duì)于特大型用電機(jī)組，在晃電發(fā)生時(shí)，考慮優(yōu)先切除，大型用電機(jī)組啟動(dòng)瞬間電流非常大，拉低電壓容易造成大面積停電，保證大部分裝置用電。

(5)對(duì)公司四條進(jìn)線加強(qiáng)巡檢，特別是極端天氣情況，避免再發(fā)生類似線路故障。

(6)應(yīng)加強(qiáng)班組人員與維保運(yùn)行人員之間的應(yīng)急演練，模擬各種故障，提高人員的應(yīng)急處置能力與響應(yīng)速度。

(7)對(duì)于空壓機(jī)等重要設(shè)備，需制定專業(yè)方案，使其盡量不失電，或?qū)|西區(qū)空壓站聯(lián)通，保證裝置儀表風(fēng)的供應(yīng)。

(8)對(duì)于有兩臺(tái)互為備用的重要機(jī)組設(shè)備，應(yīng)分開(kāi)接在I、II段母線，當(dāng)一臺(tái)設(shè)備的線路失電時(shí)，可以迅速開(kāi)啟另一臺(tái)設(shè)備。

(9)建議110 kV線路保護(hù)改為光纖縱差保護(hù)[2]，并且使保護(hù)和快切聯(lián)動(dòng)，使快切保護(hù)起動(dòng)，可以比現(xiàn)在更快的合上母聯(lián)恢復(fù)供電。

6 結(jié)語(yǔ)

石化行業(yè)對(duì)供電要求極為苛刻，如本文敘述的這樣的晃停電有時(shí)也不可避免，但我們需要吸取教訓(xùn)，從技術(shù)和管理的角度思考改進(jìn)。技術(shù)上完善相應(yīng)保護(hù)定值，110 kV線路保護(hù)改為更加先進(jìn)的光纖縱差保護(hù)；管理上加強(qiáng)電氣和工藝班組的應(yīng)急演練，將晃電對(duì)裝置的影響降到最低。