一起高危客户全厂停电事故的分析及反事故措施

顾定军

（舟山电力局，浙江 舟山 316021）

HB化学有限公司是一家从事石油化工产品加工的连续性生产企业，对供电可靠性要求很高，短时中断供电可能造成重大经济损失，甚至引发环境污染事故，是舟山电网的高危客户之一。该客户由舟山电力局35 kV E变电站以10 kV HB 409线、HX 408线双回线路供电，目前E变电站专供HB化学公司用电负荷。HB化学公司自建热电厂，装机容量15 MW，与电力系统并网运行，热电机组发电功率视热负荷而定，一般出力3 000 kW左右。E变电站由来自不同110 kV变电所的两回35 kV线路供电，主变压器容量为2×25 MVA，35 kV及10 kV均为单母线分段接线，见图1。2009年5月9日5∶00，HB化学公司自备热电厂厂用2号炉一次风机因电气绝缘损坏发生接地短路故障，导致该厂厂用10 kVⅡ段2201进线断路器以及电源侧热能10 kV总配Ⅱ段1202出线断路器、E变电站35 kVⅡ段进线X线断路器相继跳闸，事故导致E变电站全停，HB 409线、HX 408线全停，HB自备热电厂1号机故障解列，全厂停电。

1 事故发生时系统运行方式

事故发生时系统接线如图1所示，其中E变电站Y线、HB 10 kV总配站10 kV母分开关和热电411线、热电厂厂用10 kV 2001母分开关均为热备用，E变电站由35 kV X线提供的系统功率通过E变电站1号、2号主变压器供给HB 10 kV总配负荷，热电厂出力2 300 kW，即故障前E变电站1号主变压器下送10 500 kVA，2号主变压器下送9 700 kVA，同时热电厂1号机经热能410线供HB 10 kV总配站2 700 kVA。事故发生时相关各级电流保护配置见图1，其中2号炉一次风机过流Ⅰ段整定值为596 A，0.1 s，厂用10 kVⅡ段2201进线断路器以及电源侧热能10 kV总配Ⅱ段1202出线断路器过流Ⅰ段整定值为2 120 A，0.3 s，HB 10 kV总配站热能410线过流Ⅱ段整定值为1 300 A，0.6 s，E变电站35 kV X线过流Ⅱ段整定值为608 A，0.6 s，以上定值均为一次值。

图1 系统接线和保护配置图

2 2号炉一次风机故障分析

事故后，现场检查发现HB自备热电厂2号炉一次风机因故障严重损坏，可以确认是事故发生的直接原因。通过对2201进线断路器保护、1202出线断路器保护故障录波数据的分析，认为2号炉一次风机故障发生分3个阶段：

（1）故障发生时，厂用10 kVⅡ段C相电压降低，同时A，B两相对地电压升高，最大相对地电压峰值达140.8 V，接近线电压，与中性点不接地系统单相接地故障理论相吻合。电机A，B两相绕组的对地绝缘开始承受过电压考验，可以确定风机故障是由C相定子绕组绝缘损坏引起。

（2）故障发生20 ms后B相电压开始降低，C相电流明显增大，折算到一次侧为9 280 A，认为此时故障已发展为B，C两相接地短路。

（3）故障发生306 ms时，A相电压也明显降低，同时A相电流明显增大，可以认为故障发展为A，B，C三相接地短路。

3 故障后各级继电保护动作分析

3.1 2号炉一次风机保护动作分析

根据故障录波数据分析，2号炉一次风机故障20 ms后，故障电流达到9 280 A，远大于风机过流Ⅰ段596 A的整定值，持续时间超过0.3 s，因此风机保护应动作跳闸。但检查发现2号炉一次风机保护无任何动作报告和动作记录，自动化系统也未收到保护动作信号，风机开关未跳闸，显然是保护拒动。事故后的多次试验却都能正确动作跳闸，因此保护拒动的原因很可能是：

（1）保护装置电源未投入，导致保护未启动。

（2）因该保护TA变比为200/5，10P10级，故障电流9 280 A，在一次电流达40多倍额定电流的情况下，TA严重饱和，致使通过TA输入到保护装置的电流达不到保护的动作定值。

3.2 2201进线保护动作分析

因2号炉一次风机保护拒动，不能在第一时间切除故障，故障电流持续存在，由故障录波数据可知，最小故障电流有效值4 560 A，远大于厂用10 kVⅡ段2201进线断路器过流Ⅰ段整定值（2 120 A），厂用10 kVⅡ段2201进线保护于故障后329 ms正确动作，363.5 ms故障电流切断，隔离了故障风机。事故后检查保护装置和自动化系统均有保护动作信号和断路器跳闸信号记录。

3.3 1202出线保护动作分析

因热能10 kV总配Ⅱ段1202出线保护整定值与厂用10 kVⅡ段2201进线保护定值相同，流过的故障电流也相同，由故障录波数据知，该保护于故障后326 ms正确动作，360.5 ms后故障电流切除。事故后检查保护装置和自动化系统均有保护动作信号和断路器跳闸信号记录。

3.4 热能410线保护动作分析

根据故障录波数据及现场动作信号分析，故障发生后，热能410线保护只启动，但未动作跳闸，保护启动前流经热能410线的故障电流最大有效值为8 486 A，随着故障于发生后360.5 ms被成功隔离，电流迅速减小至约等于零。虽然保护启动时故障电流较大，远超定值，但随着故障的隔离而迅速减小，在整定时间600 ms内，过流保护元件返回，因此热能410线保护只启动而未动作跳闸，动作正确。

3.5 35 kV X线保护动作分析

根据故障录波数据及现场动作信号分析，故障发生后600 ms时，X线保护动作，670 ms时切断电流，保护启动时流经X线的电流最大有效值约1 472 A，随着故障隔离和电机自起动，流经X线的电流由大变小，又略微增大，故障后600 ms时流经X线的电流为896 A，大于过流Ⅱ段定值（608 A）。虽然风机故障已于故障发生后360 ms被成功隔离，但一直有较大电流流经X线，该电流大于X线过流Ⅱ段整定值，且持续时间超过整定时间（600 ms），因此过流Ⅱ段保护在600 ms时动作，X线断路器跳闸，致使E变电站全停，并造成HB公司全厂停电。所以X线保护动作正确。

根据故障时的系统运行方式，就2号炉一次风机故障切除后仍有较大电流流经X线的原因分析如下：

（1）热电厂2号炉一次风机接地短路故障未能在第一时限（100 ms）切除，导致系统电压接近零，虽然在360 ms时由上级保护越级跳闸后切除故障，但系统电压并未马上恢复，直到X线跳闸时10 kV系统电压才恢复到3.5 kV。

（2）HB总配站供电区域的负荷主要为电动机负荷，系统电压由正常降到较小再恢复时，电动机将自起动，且可能产生较大的起动电流，自起动过程持续在500 ms以上。

（3）故障隔离前，故障电流主要由X线经热能410线提供，在故障隔离后的过程中，由发电机流经热能410线的电流很小，此阶段HB总配负荷主要由X线提供。

综上分析，在故障点隔离至X线跳闸的300 ms过程中，由于HB总配站供电区域的电动机自起动电流持续较大，导致X线电流超过其过流保护Ⅱ段电流整定值达整定时间（600 ms）后跳闸。热电厂2号炉一次风机绝缘损坏是导致事故发生的直接原因，风机保护拒动是事故扩大，造成保护越级跳闸的主要原因。E变电站保护配置未充分考虑HB公司用电负荷特性是次要原因。

4 事故后采取的反事故措施

（1）为保证HB公司安全可靠用电需求，最大限度挖掘电网供电潜力，E变电站35 kV系统及10 kV系统于事故后开始分列运行，两回35 kV线路同时带负荷，HB公司内部用电系统同时采用“分列运行，一分到底”运行模式。

（2）为了能使E变电站35 kV母分备自投装置能及时动作或防止备自投动作造成系统电源与用户自备电源的非同期并列，提高供电的可靠性，HB公司在HB总配站装设了故障解列装置，若X线失电，HB总配故障解列装置将在第一时间将热电厂解列。要求热电厂解列后能带厂用电系统短时孤网运行，在备自投未成功动作、市电全部切断的情况下，能立即恢复对重要负荷的供电，否则建议HB公司配备与系统不并网运行的快速起动柴油发电机组作为保安电源。

（3）将35 kV X线、35 kV Y线的保护更换为距离保护，退出过电流保护。距离保护的方向性将使其不会因HB公司故障而误动，继电保护部门根据HB公司电动机自起动数据重新计算E变电站对侧变电站的X线距离保护整定值，以使其躲过HB公司电动机的自起动负荷阻抗。

（4）为防止互感器在大电流下饱和，HB公司把变比过小的10P10级保护用电流互感器更换为大变比的10P20级电流互感器。HB公司将所有电动机的限时电流速断保护改为瞬时动作的速断保护，以减轻电机短路故障对系统电压的影响。

（5）在生产工艺允许情况下，将部分电动机的低电压保护时间由0.8 s改为0.5 s，并适当提高低电压整定值，以便在系统电压降至一定程度后快速切除电动机负荷，减小电压恢复时电机的自起动电流。

（6）由专业机构对HB公司内部继电保护和自动装置定值重新进行整定计算，研究不同运行方式下电机低电压起动电流对相关保护的影响，并将结果提供给供电方，作为供电方保护配置、整定的依据。

（7）目前的供电方式可靠性差，保护难以配合。为提高供电可靠性，要求客户申请110 kV双电源供电，自建110 kV专用变电站。

5 结语

（1）高危重要客户的安全可靠供用电事关社会稳定大局，供电企业和客户双方都要高度重视。虽然从产权归属及管辖权限角度看，供用电双方的电气设备存在产权分界点，但接入电网运行的所有电气设备物理上并不存在产权分界点，客户的电气设备故障会影响电力系统安全稳定运行，同样，电力系统的运行方式及保护配置等因素也会对客户的安全可靠用电构成潜在威胁。

（2）供电企业和客户应加强沟通，充分了解高危客户的负荷性质、用电设备运行特性，为供电企业运方安排及继保配置、定值整定提供依据。此次事故在故障电流已切除的情况下，因为电机自起动电流延续而导致X线保护跳闸，说明了这一点的重要性。

（3）客户自身要重视电气设备的运行管理，定期按规程要求进行预防性试验，尽早发现和消除设备缺陷。加强业务培训，提高电气管理人员及运行值班人员素质。本次事故前HB公司的10 kV系统曾发生接地故障，相关分析认为其故障点应在HB热能电厂10 kV系统内，很可能也是该引风机绝缘故障所引起，后因接地消失，未引起HB公司重视。如及早采取措施，就有可能避免此次事故的发生。