一起因低壓保護(hù)定值不合理導(dǎo)致越級(jí)跳閘故障的分析

劉積慧，田尚財(cái)，劉東蕓

（1.酒鋼宏興股份公司動(dòng)力廠；2.甘肅鋼鐵職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅嘉峪關(guān) 735100）

1 故障經(jīng)過

2023年4月14日8：48，崗位監(jiān)盤人員發(fā)現(xiàn)泵站低壓一段運(yùn)行設(shè)備均出現(xiàn)跳機(jī)，其間備用設(shè)備聯(lián)鎖啟機(jī)，同時(shí)泵站消防子機(jī)034、035 光電感煙探測(cè)器MCC 室報(bào)警。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)鋼系統(tǒng)低壓配電室一段3415#配電柜內(nèi)轉(zhuǎn)爐上塔泵空開燒損嚴(yán)重，鋼系統(tǒng)380 V 一受電母線失電，10 kV 動(dòng)力變過流一段保護(hù)動(dòng)作跳閘。

2 原因分析

2.1 開關(guān)燒損原因分析

轉(zhuǎn)爐上塔泵塑料外殼式斷路器為2003 年項(xiàng)目建設(shè)時(shí)期安裝投用，已長(zhǎng)期在線運(yùn)行20余年。電機(jī)額定功率為75 kW，開關(guān)選配為額定電流200 A，運(yùn)行電流95 A 左右，無(wú)超負(fù)荷運(yùn)行現(xiàn)象。故障發(fā)生后現(xiàn)場(chǎng)空開只剩上半部分，下半部分燒損缺失嚴(yán)重，特別是開關(guān)B 相出線端子嚴(yán)重?zé)龘p缺失，同時(shí)開關(guān)三相進(jìn)線電纜也因短路故障燒斷懸空。從現(xiàn)場(chǎng)燒損情況分析，應(yīng)是開關(guān)B相出線端存在接觸不良，接線端子氧化發(fā)熱，逐步傳導(dǎo)至B 相動(dòng)、靜觸頭。另外，長(zhǎng)期發(fā)熱導(dǎo)致開關(guān)內(nèi)部絕緣層碳化劣變，絕緣能力降低，進(jìn)而發(fā)生與背板的接地短路故障，引發(fā)相間短路［1］，配電柜開關(guān)燒損狀況見圖1。

圖1 配電柜開關(guān)燒損狀況

2.2 開關(guān)配置選型分析

泵站轉(zhuǎn)爐上塔泵電機(jī)額定功率為75 kW，額定電流為139 A，配備塑殼式斷路器的額定電流為200 A，隔離刀閘額定電流為400 A，水泵單回路各電氣元器件配置合理。

框架式受電斷路器原設(shè)計(jì)額定電流為3 200 A，因曾在運(yùn)行期間出現(xiàn)當(dāng)負(fù)荷達(dá)到1 500 A 左右嚴(yán)重發(fā)熱，機(jī)構(gòu)卡澀操作不便的現(xiàn)象，于2021 年整體進(jìn)行改造更換，現(xiàn)斷路器額定電流為4 000 A。負(fù)載為水泵類負(fù)載，90 kW 及以上均設(shè)置有軟起動(dòng)裝置，計(jì)算總運(yùn)行電流在2 200 A左右，框架式受電斷路器選型配置合理。

根據(jù)低壓負(fù)荷情況，上級(jí)配置有電壓等級(jí)為10 kV，型號(hào)為S9-1 600∕10 動(dòng)力變壓器2 臺(tái)，低壓二次側(cè)額定電流為2 308 A，互為備用，正常為單母線分段運(yùn)行，滿足低壓計(jì)算負(fù)荷容量需求。鋼系統(tǒng)低壓一次系統(tǒng)圖見圖2。

圖2 鋼系統(tǒng)低壓一次系統(tǒng)圖

2.3 點(diǎn)檢情況分析

根據(jù)廠內(nèi)電氣設(shè)備點(diǎn)檢標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，應(yīng)對(duì)配電柜內(nèi)斷路器每6 h 檢測(cè)一次溫度。通過視頻查看，崗位人員在3：51對(duì)低壓室進(jìn)行了點(diǎn)檢，但未按照標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)轉(zhuǎn)爐上塔泵3415#配電柜進(jìn)行開柜門點(diǎn)檢，點(diǎn)檢存在遺漏。開關(guān)在8：44發(fā)生第一次短路故障，8：48母線失壓。

2.4 變壓器低壓側(cè)出口短路電流確認(rèn)［2］

（1）計(jì)算方法

變壓器低壓側(cè)出口短路電流可以按照《建筑電氣常用數(shù)據(jù)》（19DX101-1）中的近似計(jì)算公式計(jì)算：

式中：Ik—對(duì)稱穩(wěn)態(tài)三相短路電流有效值，kA；

ST—變壓器的額定容量，MVA；

Uk%—變壓器阻抗電壓百分?jǐn)?shù)，取6。

（2）查詢方法

按照《建筑電氣常用數(shù)據(jù)》（19DX101-1）中變壓器低壓出口處短路電流速查表查詢可知1 600 kVA變壓器出口短路電流為38.4 kA。

2.5 保護(hù)整定及動(dòng)作分析

此次故障主要涉及3 個(gè)開關(guān)的保護(hù)定值，第一道保護(hù)是水泵負(fù)載的過載、短路保護(hù)［3］，其瞬時(shí)脫扣電流為2 400 A（不可調(diào)）。從現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)、出引線燒損情況來看，開關(guān)在短路故障時(shí)觸頭粘連，沒有分?jǐn)喙收显O(shè)備，導(dǎo)致短路故障發(fā)生多次，從視頻中可以看出在5 min 內(nèi)發(fā)生5 次放電現(xiàn)象。第二道保護(hù)為低壓受電斷路器（NAI-4000X）的瞬時(shí)、短延時(shí)、長(zhǎng)延時(shí)保護(hù)，保護(hù)模塊為斷路器自帶的控制模塊（M 型）。故障發(fā)生后，查看斷路器狀態(tài)并未跳閘，仍在合閘位，說明該斷路器在多次短路故障下均未可靠分?jǐn)喙收稀＝?jīng)調(diào)查，該斷路器在進(jìn)行改造后未進(jìn)行保護(hù)定值整定，使用出廠原始值，即長(zhǎng)延時(shí)（Izd1）整定電流為1.0In（斷路器額定電流，即4 000 A），動(dòng)作時(shí)間15 s。短延時(shí)（Izd2）整定電流為8Izd1，即32 000 A，動(dòng)作時(shí)間0.4 s。瞬時(shí)（Izd3）脫扣整定電流為12In，即48 000 A。第三道保護(hù)為變壓器高壓繼電保護(hù)，保護(hù)裝置具有過流一段、過流二段保護(hù)及過負(fù)荷報(bào)警，故障發(fā)生時(shí)過流一段保護(hù)動(dòng)作、重瓦斯保護(hù)動(dòng)作。

通過調(diào)取上級(jí)開關(guān)站故障錄波數(shù)據(jù)、保護(hù)動(dòng)作數(shù)據(jù)及對(duì)故障變壓器抽芯檢查，發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部高壓繞組嚴(yán)重變形、短路，過流一段保護(hù)動(dòng)作跳閘，動(dòng)作電流3 252.9 A，整定值2 076 A，0 s；同時(shí)重瓦斯保護(hù)動(dòng)作。故障時(shí)刻，Ua（A 相相電壓）由故障前的5.80 kV 下降至2.07 kV，Ub（B 相相電壓）由故障前的5.66 kV 下降至1.79 kV，Uc（C 相相電壓）由故障前的5.75 kV 下降至1.94 kV。故障持續(xù)62 ms，10 kV 故障錄波圖見圖3。

圖3 10 kV故障錄波圖

2.6 保護(hù)管理分析

此次故障造成事故擴(kuò)大的主要原因是低壓受電斷路器未能起到保護(hù)作用，線路保護(hù)失守，多次短路沖擊變壓器，造成變壓器內(nèi)部短路，引起10 kV側(cè)電網(wǎng)波動(dòng)，影響其他用戶。但深究原因還是項(xiàng)目轉(zhuǎn)生產(chǎn)前的驗(yàn)收把關(guān)不嚴(yán)，低壓受電斷路器定值整定不合理，導(dǎo)致故障時(shí)未動(dòng)作。用戶對(duì)低壓保護(hù)日常管理不到位，錯(cuò)誤認(rèn)為能分、合閘就行，無(wú)視驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，不能預(yù)判潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)，無(wú)法保證保護(hù)裝置的好壞，無(wú)法確定定值是否準(zhǔn)確、合理。［4］

3 防范措施

3.1 保護(hù)定值重新核算和整定

對(duì)故障斷路器的過載長(zhǎng)延時(shí)保護(hù)、短延時(shí)保護(hù)、瞬時(shí)保護(hù)定值進(jìn)行重新核算和整定［5］。400 V進(jìn)線斷路器的三段保護(hù)電流整定簡(jiǎn)圖見圖4。

圖4 400 V進(jìn)線斷路器的三段保護(hù)電流整定簡(jiǎn)圖

過載長(zhǎng)延時(shí)（Izd1）整定：一般可以按照上級(jí)變壓器額定電流（Ied=2 308 A）的1.1 倍進(jìn)行整定，也可按照線路計(jì)算電流（Ic=2 200 A）的1.1倍進(jìn)行整定。本例取2 308×1.1=2 538.8 A，考慮到上下級(jí)配，整定為2 600 A，延時(shí)8 s報(bào)警。

短延時(shí)（Izd2）整定：可整定為2～5 倍的過載長(zhǎng)延時(shí)整定電流值，也可按照上下級(jí)配差1.2 倍進(jìn)行核算整定。本例取2 600×3=7 800 A，整定為7 800 A，延時(shí)0.1 s，定時(shí)限保護(hù)跳閘投入。

瞬時(shí)（Izd3）整定：當(dāng)短路故障發(fā)生在母線與低壓出線開關(guān)附近時(shí)，短路電流基本一樣，通過電流實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)級(jí)差保護(hù)存在很大的不確定性，不能保證低壓出線開關(guān)和受電斷路器瞬時(shí)保護(hù)之間的選擇性，因此瞬時(shí)保護(hù)作為報(bào)警投入運(yùn)行。定值整定一般可以按照過載長(zhǎng)延時(shí)整定電流的10倍來整定，如果保護(hù)的靈敏度不夠，應(yīng)適當(dāng)調(diào)低其整定倍數(shù)。本例取2 600×10=26 000 A，整定為26 000 A，0 s報(bào)警。保護(hù)定值表見表1。

表1 保護(hù)定值表

3.2 完善低壓保護(hù)定值管理

完善低壓保護(hù)定值管理流程，完善項(xiàng)目轉(zhuǎn)生產(chǎn)前的驗(yàn)收流程，完善低壓保護(hù)定值單的核算及整定流程，保證低壓系統(tǒng)保護(hù)裝置功能的有效性及定值的“四性”（即選擇性、速動(dòng)性、可靠性、靈敏性）。

4 結(jié)語(yǔ)

設(shè)備故障的發(fā)生有偶然性，也有必然性。此次故障暴露出低壓電氣保護(hù)管理存在盲區(qū)，工作人員對(duì)保護(hù)的分級(jí)管理、分級(jí)保護(hù)、審批準(zhǔn)入的管理流程不清晰，對(duì)低壓設(shè)備的保護(hù)管理及定值的計(jì)算、整定、試驗(yàn)工作的重視程度不夠，才導(dǎo)致了此次低壓故障、保護(hù)越級(jí)跳閘并損失一次設(shè)備的事故。電氣系統(tǒng)中隱患不易被排查出來，因此一定要重視過程管控，加強(qiáng)施工、驗(yàn)收、檢修過程的管理，避免埋下隱患。