基于某单相接地故障下的人因失效分析

李 琛

(辽宁东科电力有限公司，辽宁 沈阳 110179)

随着我国电力建设行业的飞速发展，在全球范围的工程越来越多。许多建设项目因地域、文化、环境、合同性质的不同存在种种差异，因此采取有效的防患手段进行风险和事故把控是这些项目建设不断追寻探索的课题。本文对某海外工程项目中一起因人因失效引发的事故案例进行分析。

1 事故概况

1.1 主设备概述

1.2 事故经过

2021年7月1日，07：15电厂运行人员发现230 kV启备变低压侧6.6 kV电缆沟内有烟雾升起，疑似着火迹象。07：39运行人员手动拉开230 kV启备变高压侧断路器，对启备变做事故紧急停电处理，并对电缆沟进行检查，发现部分电缆有烧毁及被盗现象。08：45各参建单位对事故现场进行联合勘察发现如下。

a.电缆沟内未带电的净水站6.6 kV动力电缆部分被切割偷盗，已带电的启备变低压侧6.6 kV动力电缆一相被切开，切口有由内到外的灼烧痕迹。

b.启备变低压侧破损的6.6 kV单相动力电缆附近的光纤、通信电缆及其外部PVC保护管烧毁，如图1所示。

图1 事故发生后的电缆沟

c.6.6 kV三段母线TV柜一次消谐装置和接地线烧毁，如图2所示。

图2 事故发生后的母线TV柜内情况

d.6.6 kV三段母线TV柜母线小车位置辅助触点损坏。

e.6.6 kV A、C段母线TV损坏、TV熔断器烧断。

1.3 保护及自动装置动作情况

a.启备变保护均未动作。

b.6.6 kV母线TV微机二次消谐装置未报警。

c.6.6 kV母线TV二次空气开关未跳闸。

2 事故分析

2.1 故障录波情况分析

事故发生后第一时间调取故障录波信息，却发现无波形记录。

经与厂家沟通了解，该录波装置在生产过程中曾因技术参数调整，对原有电源模块参数修改，导致原本可以独立记录与存储录波的嵌入式CPU+DSP模块必须在装置嵌入式HMI模块电源正常时才可以工作。装置正常工作情况如图3所示。

图3 故障录波装置工作示意图

在工程分系统调试阶段，该问题就已经暴露。为考虑工程进度，将影响降至最低，调试单位建议在更换故障录波前将装置HMI模块的电源改取自UPS，电源空气开关一直投用来暂时满足故障录波的使用功能。但由于设计变更与施工流程环节的滞后，该问题一直遗留未得到有效解决。同时因原设计中装置未使用UPS电源，且厂内的交流电源又经常失电不稳定，厂家担心频繁停送电对设备造成冲击损坏，在未告知他人情况下将已投运的录波HMI模块电源空气开关退出，造成无波形记录。

因无法通过故障录波进行分析，现场只能以DCS电压历史曲线做参考。DCS显示在7月1日03：40，三段母线电压就已经消失。

2.2 保护装置情况分析

根据现场保护配置情况，启备变低压侧配有反应接地故障的中性点零序过流保护，当实际电流大于动作值时，保护应经t1时限动作跳开启备变低压侧断路器，经t2时限若故障仍未消除，则跳开启备变高压侧断路器。

事发后再次对启备变各项额定参数和保护定值复核，排除整定计算问题。对保护装置模拟故障进行校验，保护装置动作正常，排除保护装置问题。对启备变低压侧进行检查时，发现中性点接地电阻柜内接地电阻未接地。当发生接地故障时，零序电流互感器将无法感应产生电流，保护装置因此无法采集到电流进行判断。所以初步推断中性点电阻未接地是造成保护装置未动作的主要原因。

2.3 母线TV和一次消谐等装置损坏分析

事发后，现场对6.6 kV盘柜进行检查，发现除三段母线TV柜内的一次消谐装置烧毁，与消谐装置连接的接地线外皮烧焦以及三段母线TV柜面板小车位置指示异常外，各设备元件外观均无其他明显特征。现场对6.6 kV系统所有电压互感器及其熔断器进行进一步检验，检验结果发现，进线TV和B段母线TV正常，A、C段母线TV损坏且其熔断器烧断。

在检查母线TV柜面板状态显示异常时，发现TV小车内部的辅助触点一直粘连闭合。据此现场重新对柜内相关的二次回路进行检查。经检查盘柜一处内部接线与图纸不符，存在寄生回路，将原本独立的TV基本绕组n与TV辅助绕组da相连。设计图纸中将母线TV电压引入故障录波柜，TV基本绕组和辅助绕组N在故障录波柜内经连片短接在一起，如图4所示。当辅助绕组的da也与基本绕组n短接时，辅助绕组则被短路。在启备变低压侧发生接地故障时辅助绕组开口电压升高，短路处发热，致使串接在开口三角电压回路中的小车辅助触点被烧化产生粘连，造成TV柜面板合分位状态同时显示。

图4 母线TV接线图

参考许多开口三角短接后的故障案例不难发现，在开口三角短路引起电压互感器损坏的同时，其二次回路往往受损严重、二次空气开关通常会跳开[1-3]。但该工程现场除串入开口三角的小车触点粘连外，TV根部至柜的二次接线和端子均未受影响，对二次回路绝缘进行检查也显示良好。

结合启备变低压侧中性点电阻接地线未接和电缆烧毁情况，当启备变低压侧电缆单相破损时，破损相电缆的主导体会对其接地的外护套产生持续、间歇性电弧放电，造成单相接地故障。

当三段母线互联投运，在发生单相接地故障开口三角均处短路时，却只有A、C段母线TV损坏、B段母线TV正常的情况也很特殊。

考虑到中性点不接地系统中不稳定的单相接地故障是铁磁谐振中最常见的激发方式。不排除电压互感器在铁磁谐振过电压情况下铁芯迅速饱和，其熔断器、高压绕组因铁芯饱和产生的涌流导致热稳定性破坏而损毁[4-5]。铁磁谐振一旦形成，会一直保持谐振状态，直到谐振条件被打破，如母线TV损坏、TV一次保险熔断、一次消谐装置损坏等。

3 事故处理

事故发生在启备变倒送电后的分系统调试阶段，为缩短事故对工程进度的影响，第一时间给出如下处理方案。

3.1 动力电缆处理

a.对该组动力电缆预留的备用芯进行试验检查，合格后替代原受损的动力电缆使用。

b.对受损动力电缆进行修复，修复后试验合格的电缆留做本组备用芯使用。

c.加强整个厂区安保措施，杜绝偷盗事件再次发生。

3.2 设备处理

a.将启备变低压侧中性点电阻柜内电阻的接地线按要求连接。

b.将故障录波交流电源改为取自UPS。

c.拆除6.6 kV损坏的一次消谐设备及更换损毁的接地线，暂时将互感器一次侧不经消谐装置直接接地使用。

d.改造现场6.6 kV母线接地小车辅助触点以替代B段损坏的母线TV小车辅助触点使用。

e.统计已损坏的设备型号、数量，联系厂家尽快补供，以便恢复正常系统。

3.3 母线恢复送电处理

a.将A、C母线段TV小车置于试验位，取下一次保险、断开二次空气开关后盘柜上锁。

b.核算B段母线TV二次负载容量满足三段母线同时使用，将原本分开的三段电压小母线连接在一起，利用B段母线TV的二次电压供A、C段母线设备使用。

c.送电后24 h内加强巡检，对盘柜温度使用温枪检测，同时密切关注相关保护及装置的报警信号和电压信号的变化。

4 人因失效分析

4.1 人因失效环节

在电力系统中，因为人为失误引起连锁反应造成系统事故的案例有很多[6-8]。在这起单相接地事故中就暴露出多个环节的失效。

a.设计审查环节，设计人员对现场设备接口间系统性的审查不够深入，在接口设计过程中留下安全隐患。

b.设备制造环节，制造商在设备生产过程中未履行技术协议，导致到场设备仍存在缺陷。

c.施工安装环节，施工人员在施工过程对工艺把控不到位，未严格参照相关标准规范执行报验。

d.调整试验环节，调试人员对设备检查调试不够仔细，调试交接工作中留有死区。

e.安全管理环节，管理人员对现场验收流于形式，安保人员风险意识不足，安保措施不够全面。

f.生产运行环节，运行人员对已投运的设备和配电间监管力度不够，未能及时发现设备异常，且没有严格执行工作票管理制度。

4.2 瑞士奶酪模型

瑞士奶酪模型是英国曼彻斯特大学教授James Reason提出的。该模型认为组织活动中发生的事故与不同层次的漏洞有关，就犹如奶酪中层层的孔洞[9]。当模型中的层层阻断失效时，所有漏洞的将连成一条线，而危险穿过洞孔往往也就意味着事故的发生，如图5所示。

图5 奶酪模型

5 结语

电力工程建设中对人因失效的管理是安全生产的基本要求，电力工作者也应该去关注并做好人因失效的预防。合理运用奶酪模型可以对事故发生环节进行干预，通过层层措施减少因人为失误引发事故的概率，也可以在事故发生后用来反向追溯各失效环节发生的原因。