基于某單相接地故障下的人因失效分析

李 琛

(遼寧東科電力有限公司，遼寧 沈陽 110179)

隨著我國電力建設(shè)行業(yè)的飛速發(fā)展，在全球范圍的工程越來越多。許多建設(shè)項(xiàng)目因地域、文化、環(huán)境、合同性質(zhì)的不同存在種種差異，因此采取有效的防患手段進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)和事故把控是這些項(xiàng)目建設(shè)不斷追尋探索的課題。本文對某海外工程項(xiàng)目中一起因人因失效引發(fā)的事故案例進(jìn)行分析。

1 事故概況

1.1 主設(shè)備概述

1.2 事故經(jīng)過

2021年7月1日，07：15電廠運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)230 kV啟備變低壓側(cè)6.6 kV電纜溝內(nèi)有煙霧升起，疑似著火跡象。07：39運(yùn)行人員手動(dòng)拉開230 kV啟備變高壓側(cè)斷路器，對啟備變做事故緊急停電處理，并對電纜溝進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)部分電纜有燒毀及被盜現(xiàn)象。08：45各參建單位對事故現(xiàn)場進(jìn)行聯(lián)合勘察發(fā)現(xiàn)如下。

a.電纜溝內(nèi)未帶電的凈水站6.6 kV動(dòng)力電纜部分被切割偷盜，已帶電的啟備變低壓側(cè)6.6 kV動(dòng)力電纜一相被切開，切口有由內(nèi)到外的灼燒痕跡。

b.啟備變低壓側(cè)破損的6.6 kV單相動(dòng)力電纜附近的光纖、通信電纜及其外部PVC保護(hù)管燒毀，如圖1所示。

圖1 事故發(fā)生后的電纜溝

c.6.6 kV三段母線TV柜一次消諧裝置和接地線燒毀，如圖2所示。

圖2 事故發(fā)生后的母線TV柜內(nèi)情況

d.6.6 kV三段母線TV柜母線小車位置輔助觸點(diǎn)損壞。

e.6.6 kV A、C段母線TV損壞、TV熔斷器燒斷。

1.3 保護(hù)及自動(dòng)裝置動(dòng)作情況

a.啟備變保護(hù)均未動(dòng)作。

b.6.6 kV母線TV微機(jī)二次消諧裝置未報(bào)警。

c.6.6 kV母線TV二次空氣開關(guān)未跳閘。

2 事故分析

2.1 故障錄波情況分析

事故發(fā)生后第一時(shí)間調(diào)取故障錄波信息，卻發(fā)現(xiàn)無波形記錄。

經(jīng)與廠家溝通了解，該錄波裝置在生產(chǎn)過程中曾因技術(shù)參數(shù)調(diào)整，對原有電源模塊參數(shù)修改，導(dǎo)致原本可以獨(dú)立記錄與存儲(chǔ)錄波的嵌入式CPU+DSP模塊必須在裝置嵌入式HMI模塊電源正常時(shí)才可以工作。裝置正常工作情況如圖3所示。

圖3 故障錄波裝置工作示意圖

在工程分系統(tǒng)調(diào)試階段，該問題就已經(jīng)暴露。為考慮工程進(jìn)度，將影響降至最低，調(diào)試單位建議在更換故障錄波前將裝置HMI模塊的電源改取自UPS，電源空氣開關(guān)一直投用來暫時(shí)滿足故障錄波的使用功能。但由于設(shè)計(jì)變更與施工流程環(huán)節(jié)的滯后，該問題一直遺留未得到有效解決。同時(shí)因原設(shè)計(jì)中裝置未使用UPS電源，且廠內(nèi)的交流電源又經(jīng)常失電不穩(wěn)定，廠家擔(dān)心頻繁停送電對設(shè)備造成沖擊損壞，在未告知他人情況下將已投運(yùn)的錄波HMI模塊電源空氣開關(guān)退出，造成無波形記錄。

因無法通過故障錄波進(jìn)行分析，現(xiàn)場只能以DCS電壓歷史曲線做參考。DCS顯示在7月1日03：40，三段母線電壓就已經(jīng)消失。

2.2 保護(hù)裝置情況分析

根據(jù)現(xiàn)場保護(hù)配置情況，啟備變低壓側(cè)配有反應(yīng)接地故障的中性點(diǎn)零序過流保護(hù)，當(dāng)實(shí)際電流大于動(dòng)作值時(shí)，保護(hù)應(yīng)經(jīng)t1時(shí)限動(dòng)作跳開啟備變低壓側(cè)斷路器，經(jīng)t2時(shí)限若故障仍未消除，則跳開啟備變高壓側(cè)斷路器。

事發(fā)后再次對啟備變各項(xiàng)額定參數(shù)和保護(hù)定值復(fù)核，排除整定計(jì)算問題。對保護(hù)裝置模擬故障進(jìn)行校驗(yàn)，保護(hù)裝置動(dòng)作正常，排除保護(hù)裝置問題。對啟備變低壓側(cè)進(jìn)行檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)中性點(diǎn)接地電阻柜內(nèi)接地電阻未接地。當(dāng)發(fā)生接地故障時(shí)，零序電流互感器將無法感應(yīng)產(chǎn)生電流，保護(hù)裝置因此無法采集到電流進(jìn)行判斷。所以初步推斷中性點(diǎn)電阻未接地是造成保護(hù)裝置未動(dòng)作的主要原因。

2.3 母線TV和一次消諧等裝置損壞分析

事發(fā)后，現(xiàn)場對6.6 kV盤柜進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)除三段母線TV柜內(nèi)的一次消諧裝置燒毀，與消諧裝置連接的接地線外皮燒焦以及三段母線TV柜面板小車位置指示異常外，各設(shè)備元件外觀均無其他明顯特征?，F(xiàn)場對6.6 kV系統(tǒng)所有電壓互感器及其熔斷器進(jìn)行進(jìn)一步檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，進(jìn)線TV和B段母線TV正常，A、C段母線TV損壞且其熔斷器燒斷。

在檢查母線TV柜面板狀態(tài)顯示異常時(shí)，發(fā)現(xiàn)TV小車內(nèi)部的輔助觸點(diǎn)一直粘連閉合。據(jù)此現(xiàn)場重新對柜內(nèi)相關(guān)的二次回路進(jìn)行檢查。經(jīng)檢查盤柜一處內(nèi)部接線與圖紙不符，存在寄生回路，將原本獨(dú)立的TV基本繞組n與TV輔助繞組da相連。設(shè)計(jì)圖紙中將母線TV電壓引入故障錄波柜，TV基本繞組和輔助繞組N在故障錄波柜內(nèi)經(jīng)連片短接在一起，如圖4所示。當(dāng)輔助繞組的da也與基本繞組n短接時(shí)，輔助繞組則被短路。在啟備變低壓側(cè)發(fā)生接地故障時(shí)輔助繞組開口電壓升高，短路處發(fā)熱，致使串接在開口三角電壓回路中的小車輔助觸點(diǎn)被燒化產(chǎn)生粘連，造成TV柜面板合分位狀態(tài)同時(shí)顯示。

圖4 母線TV接線圖

參考許多開口三角短接后的故障案例不難發(fā)現(xiàn)，在開口三角短路引起電壓互感器損壞的同時(shí)，其二次回路往往受損嚴(yán)重、二次空氣開關(guān)通常會(huì)跳開[1-3]。但該工程現(xiàn)場除串入開口三角的小車觸點(diǎn)粘連外，TV根部至柜的二次接線和端子均未受影響，對二次回路絕緣進(jìn)行檢查也顯示良好。

結(jié)合啟備變低壓側(cè)中性點(diǎn)電阻接地線未接和電纜燒毀情況，當(dāng)啟備變低壓側(cè)電纜單相破損時(shí)，破損相電纜的主導(dǎo)體會(huì)對其接地的外護(hù)套產(chǎn)生持續(xù)、間歇性電弧放電，造成單相接地故障。

當(dāng)三段母線互聯(lián)投運(yùn)，在發(fā)生單相接地故障開口三角均處短路時(shí)，卻只有A、C段母線TV損壞、B段母線TV正常的情況也很特殊。

考慮到中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中不穩(wěn)定的單相接地故障是鐵磁諧振中最常見的激發(fā)方式。不排除電壓互感器在鐵磁諧振過電壓情況下鐵芯迅速飽和，其熔斷器、高壓繞組因鐵芯飽和產(chǎn)生的涌流導(dǎo)致熱穩(wěn)定性破壞而損毀[4-5]。鐵磁諧振一旦形成，會(huì)一直保持諧振狀態(tài)，直到諧振條件被打破，如母線TV損壞、TV一次保險(xiǎn)熔斷、一次消諧裝置損壞等。

3 事故處理

事故發(fā)生在啟備變倒送電后的分系統(tǒng)調(diào)試階段，為縮短事故對工程進(jìn)度的影響，第一時(shí)間給出如下處理方案。

3.1 動(dòng)力電纜處理

a.對該組動(dòng)力電纜預(yù)留的備用芯進(jìn)行試驗(yàn)檢查，合格后替代原受損的動(dòng)力電纜使用。

b.對受損動(dòng)力電纜進(jìn)行修復(fù)，修復(fù)后試驗(yàn)合格的電纜留做本組備用芯使用。

c.加強(qiáng)整個(gè)廠區(qū)安保措施，杜絕偷盜事件再次發(fā)生。

3.2 設(shè)備處理

a.將啟備變低壓側(cè)中性點(diǎn)電阻柜內(nèi)電阻的接地線按要求連接。

b.將故障錄波交流電源改為取自UPS。

c.拆除6.6 kV損壞的一次消諧設(shè)備及更換損毀的接地線，暫時(shí)將互感器一次側(cè)不經(jīng)消諧裝置直接接地使用。

d.改造現(xiàn)場6.6 kV母線接地小車輔助觸點(diǎn)以替代B段損壞的母線TV小車輔助觸點(diǎn)使用。

e.統(tǒng)計(jì)已損壞的設(shè)備型號(hào)、數(shù)量，聯(lián)系廠家盡快補(bǔ)供，以便恢復(fù)正常系統(tǒng)。

3.3 母線恢復(fù)送電處理

a.將A、C母線段TV小車置于試驗(yàn)位，取下一次保險(xiǎn)、斷開二次空氣開關(guān)后盤柜上鎖。

b.核算B段母線TV二次負(fù)載容量滿足三段母線同時(shí)使用，將原本分開的三段電壓小母線連接在一起，利用B段母線TV的二次電壓供A、C段母線設(shè)備使用。

c.送電后24 h內(nèi)加強(qiáng)巡檢，對盤柜溫度使用溫槍檢測，同時(shí)密切關(guān)注相關(guān)保護(hù)及裝置的報(bào)警信號(hào)和電壓信號(hào)的變化。

4 人因失效分析

4.1 人因失效環(huán)節(jié)

在電力系統(tǒng)中，因?yàn)槿藶槭д`引起連鎖反應(yīng)造成系統(tǒng)事故的案例有很多[6-8]。在這起單相接地事故中就暴露出多個(gè)環(huán)節(jié)的失效。

a.設(shè)計(jì)審查環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)人員對現(xiàn)場設(shè)備接口間系統(tǒng)性的審查不夠深入，在接口設(shè)計(jì)過程中留下安全隱患。

b.設(shè)備制造環(huán)節(jié)，制造商在設(shè)備生產(chǎn)過程中未履行技術(shù)協(xié)議，導(dǎo)致到場設(shè)備仍存在缺陷。

c.施工安裝環(huán)節(jié)，施工人員在施工過程對工藝把控不到位，未嚴(yán)格參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范執(zhí)行報(bào)驗(yàn)。

d.調(diào)整試驗(yàn)環(huán)節(jié)，調(diào)試人員對設(shè)備檢查調(diào)試不夠仔細(xì)，調(diào)試交接工作中留有死區(qū)。

e.安全管理環(huán)節(jié)，管理人員對現(xiàn)場驗(yàn)收流于形式，安保人員風(fēng)險(xiǎn)意識(shí)不足，安保措施不夠全面。

f.生產(chǎn)運(yùn)行環(huán)節(jié)，運(yùn)行人員對已投運(yùn)的設(shè)備和配電間監(jiān)管力度不夠，未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常，且沒有嚴(yán)格執(zhí)行工作票管理制度。

4.2 瑞士奶酪模型

瑞士奶酪模型是英國曼徹斯特大學(xué)教授James Reason提出的。該模型認(rèn)為組織活動(dòng)中發(fā)生的事故與不同層次的漏洞有關(guān)，就猶如奶酪中層層的孔洞[9]。當(dāng)模型中的層層阻斷失效時(shí)，所有漏洞的將連成一條線，而危險(xiǎn)穿過洞孔往往也就意味著事故的發(fā)生，如圖5所示。

圖5 奶酪模型

5 結(jié)語

電力工程建設(shè)中對人因失效的管理是安全生產(chǎn)的基本要求，電力工作者也應(yīng)該去關(guān)注并做好人因失效的預(yù)防。合理運(yùn)用奶酪模型可以對事故發(fā)生環(huán)節(jié)進(jìn)行干預(yù)，通過層層措施減少因人為失誤引發(fā)事故的概率，也可以在事故發(fā)生后用來反向追溯各失效環(huán)節(jié)發(fā)生的原因。