某水电站一起电气系统事故及危害性分析

应伟刚，何 霞，杨 琼，李 炬

（1.黄河电力检修工程公司，西宁 810006；2.黄河水电运行公司，西宁 810006）

随着低水头径流式水电站的开发，灯泡贯流式机组凭借其投资低、安装工期短、检修方便等优势越来越被广泛应用。 广西某水电站共15台灯泡贯流式水轮发电机组，单机容量42MW，总装机容量为630MW，内江6台机组、外江9台机组，采用三机一变单元接线方式，是国家 “西电东送”计划和实施西部大开发战略的重点项目。由于工程建设的加快，相应的管理工作不到位，厂房的孔洞未能及时全部封堵，结果发生了一起由老鼠钻入高压配电柜造成的电气事故。本文对该电气故障及其可能造成的危害进行分析。

1 事故简述

2011年5月10日5时03分，由于老鼠钻入15号机组出口815开关 （以下简称815DL）高压开关柜（电压等级13.8kV），首先造成C相接地，此后经老鼠放电、拉弧造成815开关部分二次电缆燃烧、粘连，开关跳闸后，又非同期合闸；后来又经老鼠造成B、C相弧光短路，发电机差动保护动作，跳开815开关、机组灭磁开关，启动事故流程，机组事故停机，随后开关又分、合闸13次。上位机报文显示故障如下：

05:01:13:130 5B低压侧13.8kV系统接地

05:01:13:132 13F 13.8kV系统接地

05:01:13:133 15F 13.8kV系统接地

05:01:13:133 13F定子接地保护告警

05:01:13:143 13F计量电压回路断线

05:01:13:146 15F计量电压回路断线

05:03:09:023 15F 815开关分闸位置复归

05:03:09:145 5F 815开关合闸位置

05:06:16:011 15F电气事故停机

05:06:16:071 15F差动保护动作

05:07:20:016 15F 815开关分闸位置复归

05:07:20:027 5F 815开关合闸位置

05:17:23:031 15F 815开关分闸位置复归

05:17:23:036 5F 815开关合闸位置

2 电气系统故障分析

电气系统主接线如图4所示，采用三机一变接线方式。事故前运行方式为：13号机组、15号机组（以下简称15F、13F）开机，各带负荷4.1MW；14号机组停机。

由老鼠造成的单相接地点如图1中的K点所示，处于815开关柜内的815开关下侧，连接机组PT小车、励磁变PT小车的母线段。

1）05:01:13故障 通过15F、13F保护装置动作报文及故障录波器报文可以看出，在05:01:13时刻，15F、13F的C相均接地，电压低至5V左右（二次值），第一次经老鼠造成的C相接地持续时间10s，系统恢复正常后，第二次又经老鼠造成的C相接地持续时间90s左右，造成5B（5号主变）低压侧13.8kV系统接地、13F13.8kV系统接地、15F13.8kV系统接地。由于接地造成三相电压不平衡，结果又造成13F计量电压回路断线、15F计量电压回路断线。另外，由老鼠造成的单相接地点位于图1所示的K点位置，接地点对于15F、13F定子接地保护属于区外保护范围，13F的定子接地保护告警信号正确发出；15F定子接地保护未经试验调整，故障时未能正确发出告警信号（13F、15F接地保护均采用南瑞985系列的接地保护）。

图1 电气一次接线图

2）05:03:09故障 通过15F保护装置动作报文及故障录波器报文可以看出，由于815开关柜C相母排对老鼠放电，老鼠的窜动行为造成815开关部分二次接线烧熔、粘连，从而造成815开关分、合闸各1次，其中合闸属于非同期合闸，合闸电流高达9.3A(机组的额定二次电流为3.82A)。

3）05:06:16故障 通过15F保护装置动作报文及故障录波器报文可以看出，由于815开关柜C相母排对老鼠放电，老鼠的窜动行为造成815开关柜A、B、C三相母排弧光短路，从而造成发电机差动保护动作，15F事故停机。

4）05:07:20/05:17:23故障 尽管此时15F已经事故停机，但由于815开关柜部分二次接线烧熔、粘连，造成815开关分闸、合闸13次。此后由于二次接线绝缘层温度自然冷却，绝缘恢复，开关分、合闸才完全停止。

3 事故危害分析

1）事故首先造成单相接地2次，第1次约10s，第2次约90s，使发电机非故障相对地电压上升为线电压，导致绝缘薄弱处再次发生接地形成两点接地短路。同时接地点的间歇性电弧灼伤铁芯，在电网中引起过电压，也使非故障相的绝缘薄弱地点发生第二个接地点，造成相间短路事故[1-3]。

2）发电机非同期合闸1次，二次电流达到9.3A，峰值电流是额定电流的3.44倍。这种状况对发电机、变压器及系统会造成严重冲击，机组会发生强烈的振动，严重时使发电机的绕组变形扭弯、绝缘崩裂、定子绕组并头套熔化，甚至将绕组烧毁。如果一台大型机组发生非同期并列，这台发电机将与系统发生功率震荡，严重扰乱整个系统的正常运行，甚至造成整个电力系统的崩溃[4-9]。

3）机组事故停机后，系统对发电机冲击13次。这种状况下，在发电机未加励磁时，励磁开关断开，发电机定子三相电流为零，机端电压为零，如果高压侧或机端断路器误合闸则定子中将流过很大电流，尤其当转子静止时，误合闸瞬间其转差为1，发电机等效阻抗最小，定子电流最大。定子电流产生的旋转磁场在转子表面感应出很大的电流，发电机以异步电动机方式拖动机组，机端出现低电压。发生误合闸后，转子表面的热量迅速积聚，机组容量越大，转子承受过热能力相对越小，所以大型发电机的转子更容易达到热积累极限而损坏。另外，在发电机异步启动过程中，转子大轴上的叶片将产生较大振动，尤其对于汽轮机叶片若在自然频率处停留时间过长，机械共振极易导致材料疲劳，严重时叶片及拉筋会出现断裂。如果发电机轴承的润滑系统退出工作（如在检修时），误合闸还将导致发电机的轴承损坏[1-4]。

4 结语

针对这次由小动物窜入开关柜造成的电气事故，该水电站对所有盘柜 （高、低压）孔洞进行了全面检查，并进行全封闭封堵；检查了所有开关仓一、二次间隔的隔离情况和电缆桥架防火封堵情况，并整改。对815开关本体柜烧损的二次线、支持绝缘子进行了更换，并进行了开关试验、发电机直流耐压试验、水平段母线整体试验和二次设备相关试验等。

本文通过对该电气事故及其危害性的分析，希望新建水电站、在建水电站以及已投产水电站都应高度重视电厂孔洞的封堵工作，加强管理，确保机组安全稳定运行。

[1]周平，焦斌.大型发电机组中性点接地方式若干问题的探讨[J].电力建设.2009（12）：58-60.

[2]刘显中.发电机单相接地的试验及分析 [J].大电机技术，2005（4）：6-9.

[3]孙浩波.大型发电机组同期回路设计及防止非同期误上电事故的应用分析 [J].电力系统保护与控制，2010（7）：109-111.