一起电缆头故障引起的孤网运行事故的分析和探讨



一起电缆头故障引起的孤网运行事故的分析和探讨

曾文清

（马鞍山钢铁股份有限公司能源总厂，安徽马鞍山243000）

【摘要】介绍了一起220 kV主变35 kV侧电缆头故障的情况，分析了事故原因和防范措施，并对此起事故引起的孤网运行事故进行了分析和探讨，提出了企业供电系统孤网运行的控制措施和应对原则。

【关键词】电缆头；故障；孤网运行；分析；应对措施

1　概述

某钢厂220 kV变电站由于经济运行的需要（节省一台主变的需量费用），长期只有一台220 kV的主变运行。该变电站主要为炼钢、热轧、冷轧系统供电，自备电厂的3台发电机组（153 MW CCPP发电机、135 MW燃煤发电机、60 MW全烧高炉煤气发电机）通过2条110 kV的联络线在该变电站110 kV母线并网。

2　事故经过

2015年3月4日1:40分，调度人员发现该变电站35 kV III段母线C相电压为零，AB两相电压升高为线电压，立即通知巡检人员到现场进行检查，并联系钢轧厂停2250、1580热轧主传动（35 kV）负荷。

2：08分，自备电厂一台CCPP发电机组跳机，随后，自备电厂3条110 kV供电线路低周减载动作跳闸。此后，孤网系统开始进入相对稳定状态。

2：19分，孤网系统并入外网大系统，钢轧区110 kV系统恢复稳定运行。孤网运行时间持续15 min。

3　事故原因分析

3.1事故还原和动作顺序

根据现场检查，故障点有两处：分别是主变35 kV侧引下线C相电缆头、35 kV II段母线进线柜302开关电缆头（主变35 kV侧是通过电缆连接进入35 kV高压开关柜）。根据现场情况和故障录波曲线分析，故障的发生顺序应是1：40分主变35 kV侧引下线C相电缆头绝缘击穿接地，2：04分35 kV II段母线进线柜302开关A相电缆头由于电压升高击穿造成三相弧光接地短路，导致主变差动保护动作跳闸。

故障录波曲线如图1、图2所示。

3.2电缆头故障点检查和分析

（1）主变侧故障点

Calyxt公司提供的“更加健康”的大豆油是业界第一款真正的基因编辑食品，这款产品最快在2018年年底上市。一旦上市将应用在薯条、沙拉酱和烘焙食品中。

如图3所示，该处为电缆屏蔽线连接和紧固金属环下绝缘层破坏导致电缆通过屏蔽接地线接地引起单相接地故障。故障的原因是由于屏蔽接地线焊接不牢、松动，再加上电缆两端屏蔽线直接接地形成环流等因素造成铜屏蔽层局部发热，使电缆主绝缘老化击穿。

图1　1：40分电缆单相接地故障录波曲线（持续时间23 min）

图2　2：04分电缆三相弧光短路故障录波曲线（故障持续时间50 ms左右）

图3　主变35 kV侧引下线C相电缆头故障情况

（2）开关侧故障点

如图4所示，该处电缆头制作工艺粗糙，在剥切半导电层时，刀头插入电缆主绝缘形成了划痕，部分半导电层碎片也会同时嵌入电缆主绝缘层，造成电缆主绝缘下降，在C相电缆发生单相接地后，由于A相电压升高，导致电缆击穿。

图4　开关侧A相电缆头故障情况

4　应对措施

（1）对220 kV主变系统35 kV电缆及电缆头进行了全面检查和试验，鉴于电缆头制作上存在问题以及电缆运行时间已超过8年，对此段20 m左右的35 kV连接电缆进行了更换，对所有电缆头全部进行了更换和重新制作，制作过程严格把关，保证电缆头的制作质量。

（2）对电缆两端屏蔽线的接地方式进行了改造，其中一端仍然采用直接接地，另外一端通过过电压保护器接地，防止屏蔽线产生过大的环流，减少接地线连接处发热的几率。

（3）对主变套管、接头以及35 kV电缆头等开展红外测温工作。通过加强设备的点检巡视工作，及时发现设备的异常状况和发热缺陷，提前对设备缺陷进行处理，有效防止事故的发生。

（4）加强运行和调度管理，提高运行和调度人员的素质，强化事故演练，提高紧急状况下的应对能力。

5　系统孤网运行状况分析

主变跳闸前从外系统吸入的负荷在64 MW左右，如图5所示，2：04：00，主变跳闸后孤网系统的频率立即下降到46.2 Hz，由于此时受系统短路和电压、频率波动影响，制氧机、冷轧多条产线跳机，系统频率突升至53 Hz以上；2：08：00，CCPP发电机组由于系统频率高跳机，系统频率再次跌落到43.5 Hz；2：08分21秒，110 kV线路塘原761、塘原762低周减载动作跳闸；2：09分39秒，塘炼764线路低周减载动作跳闸。随后，系统频率在2台发电机组调速系统作用下，逐步上升。可见，线路低周减载对小系统机组的稳定运行具有较大的作用。由于受发电机组调速系统性能影响，自2：12：30～2：19：00，发电机组发生振荡，孤网系统频率波动范围:47.2 Hz~54.2 Hz。2：19：00孤网系统并入外网大系统后，频率开始稳定。

图5　孤网系统运行频率趋势曲线图

从本次孤网运行过程分析来看，制氧机、冷轧镀锌、酸轧、酸洗、连退等产线受系统电压和频率波动的影响大，无法正常生产；CCPP机组无法适应孤网运行要求发生跳机，导致系统频率过低，3条110 kV线路低周减载动作，甩掉了大量负荷。60 MW、135 MW发电机虽然维持住系统的孤网运行状态，但机组发生振荡，调速系统适应孤网运行的性能还需要进一步优化。

6　系统孤网运行的控制措施和应对原则

6.1根据运行方式需要及时调整负荷

当自备电厂和企业内部系统的2条联络线或其上级变电所和系统的2条联络线有1条处于检修状态等运行方式下，自备电厂和系统的联系变得薄弱。在出现这些运行方式时，要提前调整系统负荷，尽量使正常运行的单一联络线的负荷趋近于零，这时即使出现联络线跳闸，自备电厂带部分负荷孤网运行的情况，孤网系统的频率和电压波动也不会太大，容易维持孤网运行。

6.2科学合理的调度指挥

（1）调度人员对孤网运行应该有相应的事故预案并进行定期的演练，当出现系统孤网运行时，才能够从容对待和调度处理。

（2）发生孤网运行后，应及时通知用户尽量保持负荷稳定，不要启用冲击性的负荷。

（3）如果炼钢LF炉和热轧等冲击负荷正在生产，并且对电网的稳定运行造成威胁时，要求其先后逐步停止生产，并且在条件允许时尽可能逐步降低负荷，以免对电网造成冲击。

6.3合理设置线路低频减载

对自备电厂升压站及与系统联络的变电站的110 kV部分线路设置低频减载功能，这些线路可以在系统低频运行时按整定值以一定的顺序先后切除。低频减载装置是孤网系统维持孤网运行的有利条件和控制措施之一，当孤网系统频率偏低时可以自动切除部分负荷，提高系统的稳定性。

6.4发电机维持孤网运行的优化措施

最关键的维持孤网运行的措施是对机组的DEH调速系统进行优化和改造。可以考虑采取以下优化措施：

（1）在汽轮机数字调速系统（以下简称DEH）并网前具有转速自动控制和并网后具有有功负荷自动控制功能的基础上，增加孤网运行后频率自动控制功能，并设置孤网运行DEH按频率自动调节判据。判据的设立可以考虑选择发电机并网开关位置信号以及与系统联络线的开关位置信号，当发电机在并网发电的状态下，如果发生唯一的联络线开关跳闸的情况，通过相应的开关位置信号判断回路，自动将DEH调速系统切换至自动调频状态，以适应孤网运行状态，提高系统维持孤网运行的可能性。

（2）对机组的一次调频的上下限等参数进行研究和调整，使其适应孤网运行后频率波动较大的工况。

（3）对出现孤网运行后的DEH控制方式进行及时调整，考虑选用“阀控”方式，并采用“单阀”方式运行等措施来提高调速系统的响应能力。

6.5孤网系统的并网和恢复

当自备电厂带着部分系统负荷维持住孤网运行的状态时，就必须考虑整个孤网系统重新并入电网的问题，也即联络线路必须具有同期并网功能。一般情况，自备电厂都有同期并网装置，在设计时，要将电厂和系统的联络线开关纳入同期装置。另外，如果自备电厂升压站通过企业内部枢纽变电所和外部电网联络时，枢纽变电所和外部电网的2条联络线也需要具备同期并网功能。如果由于设计原因枢纽变电所不具备同期并网条件，在出现自备电厂带着枢纽变电所孤网运行情况时，可以先空出电厂和内部枢纽变电所的其中一条联络线以及内部枢纽变电所的一条母线，在系统来电倒送至这条联络线上时，利用电厂侧联络线开关将孤网系统同期并入外部系统电网。

7　结语

电缆头的材料和制作工艺、屏蔽层的接地方式以及运行过程中的温度监测等是35 kV电缆安全运行的关键，必须高度重视；供电系统孤网运行严重威胁企业的生产安全，在供电运行方式薄弱时，应提前制定相关的控制措施和应对原则，提高系统的运行安全。

燃气

Analysis and Discussion of an Isolated Grid Accident Caused by Cable Head Failure

ZENG Wenqing

(General Power Plant of Maanshan Iron & Steel Co., Ltd., Maanshan, Anhui 243000, China)

【Abstract】A 35 kV side cable head failure of the 220 kV main transformer is introduced. The causes of the failure and preventive measures are analyzed while the isolated power grid operation accident caused by the failure are also analyzed and discussed. Control measures and principle of coping for isolated grid operation in enterprise power supply system are put forward.

【Keywords】cable head; failure; isolated grid operation; analysis; countermeasures

作者简介：曾文清（1969－），男，1991年毕业于西安交通大学电力系统及其自动化专业，高级工程师，现从事供用电专业技术管理工作。

收稿日期：2015－09－22

【文章编号】1006-6764(2015)12-0017-03

【文献标识码】B

【中图分类号】TM247