小水電站兩起電氣設備事故分析及預防措施
發(fā)布時間：
2022-08-02
我國農村地區(qū)小水電站較多，裝機容量大小不一，發(fā)出電力基本上并入電網，也有自成小供區(qū)管理，對農村的電力供應起著一定的補充作用。但是小水電站在人員技術、運行管理、資金投入方面均比較薄弱，設備也比較老舊，常會發(fā)生一些不安全現(xiàn)象和事故。
筆者對在工作中遇到的兩起小水電站電氣設備方面的事故進行分析，并提出相應預防措施，以助力提高小水電站的安全運行水平。
水輪發(fā)電機因過電流燒壞定子線圈事故
事故經過
某水電站裝有1臺沖擊式水輪發(fā)電機，裝機容量800kW，發(fā)電機定子電壓6.3kV，經過1250kVA、10/6.3kV主變壓器升壓至10kV并入近區(qū)電網運行。該近區(qū)用電接有負荷大約1000～1500kW左右，除消納小水電電力以外，還要從電網輸入一部分電力。
某水電站近區(qū)用電接線示意當小水電站不發(fā)電時，近區(qū)用電由電網供應，電網線路因各種原因發(fā)生解列時，近區(qū)用電必須先拉閘一部分負荷才可以由小水電站單獨供應;一般情況下避免單機運行的方式。
某日，發(fā)電機正在并網運行，帶負荷約750kW左右。這時電網端10kV線路桿上真空斷路器B突然發(fā)生跳閘(事故后經巡查發(fā)現(xiàn)附近樹木有碰觸導線的痕跡，桿上真空斷路器內有瞬時過電流保護引起跳閘)，電站成了單機運行，近區(qū)全部負荷由電站來供應。
這時運行值班人員正好有事離開了工作崗位，無法進行調節(jié)拉閘關機，自動調速器增大開度，發(fā)電機在低頻率下超負荷運行。大約經過半小時左右，發(fā)電機內冒出煙霧，整個水電站廠房內都煙霧彌漫;值班人員發(fā)現(xiàn)后經緊急停機關閘并用滅火器撲滅了發(fā)電機煙霧。
事故處理完畢后拆開發(fā)電機機殼檢查，發(fā)現(xiàn)發(fā)電機三相定子線圈因過熱已燒毀，后來只好把整座發(fā)電機進行更換。
事故原因分析
(1)運行值班人員工作責任心不強，上班期間離開工作崗位，使發(fā)電機處于無人監(jiān)視情況下運行。當電網端發(fā)生跳閘時，發(fā)電機長時間處于單機超負荷運行，因過電流使發(fā)電機定子線圈溫度過高而燒毀，運行值班人員負有直接責任。
(2)水電站自動化程度不高，發(fā)變組保護和10kV線路保護不完善。事后檢查10kV線路過電流保護整定值偏高，過負荷保護發(fā)告警信號，當時值班人員不在崗也無法進行調節(jié)。設備不完善，保護沒有啟動，不能在單機超負荷運行時自動跳閘停機也是一個原因。
防范措施
(1)企業(yè)應加強對值班人員工作責任心的教育，加強對值班紀律的考核。
要規(guī)定在運行值班期間不能離開工作崗位，要嚴格執(zhí)行運行值班制度、設備巡回檢查制度和交接班制度。
在《農村水電站技術管理規(guī)程》(SL529—2011)中對水電站值班人員的要求有下列規(guī)定:
第4.0.2條值班人員應嚴格崗位職責，完成當值運行、維護、操作和日常的管理工作。
第4.0.4條運行人員應認真嚴格執(zhí)行交接班制度。
第4.0.5條值班人員應按設備巡回檢查制度要求，對運行設備定時、定點按巡視路線進行巡視檢查。
第4.0.6條值班人員發(fā)現(xiàn)設備缺陷，應按照設備缺陷管理制度要求進行處理。
對上述規(guī)定，值班人員應認真執(zhí)行，單位也要加強對值班人員的技術培訓，以提高處理事故的能力。
(2)要按照《繼電保護和安全自動裝置技術規(guī)程》(GB/T14285—2016)要求，完善小水電設備的保護。
對小水電10kV出線要裝設過負荷保護，動作發(fā)告警信號;過電流保護和速斷保護動作斷開10kV出線開關A。
對發(fā)電機變壓器組要裝設過負荷保護發(fā)告警信號，過電流保護作10kV線路過電流保護的后備保護，以較長時間跳開發(fā)變組開關C。
差動保護做發(fā)電機變壓器組的主保護，動作時除斷開發(fā)變組開關C和發(fā)電機滅磁開關外，還要作用停機。繼電保護的整定值要經有資質單位專業(yè)人員核算。
(3)對水輪發(fā)電機的自動調速器、油壓裝置、緊急停機裝置等自動化設備和繼電保護裝置等每年要定期檢查維護和試驗，以確保處于完好狀態(tài)。
《農村水電站技術管理規(guī)程》中有明確規(guī)定:
第2.0.6條水電站自動化設備應安全、可靠。
第2.0.8條設備、設施的缺陷消除率應達到100%。
第2.0.9條按規(guī)定進行設備、設施評級，水電站設備、設施的完好率達到100%，
其中一類設備、設施應大于80%。其中對自動調速器應達到一類設備并符合下列規(guī)定:
參數(shù)符合設計要求，工作狀態(tài)能滿足運行要求。因突然甩負荷引起主機轉速上升時，能調速控制主機恢復正常轉速、油壓裝置工作正常、緊急停機裝置動作良好。
對繼電保護裝置達到一類設備并符合下列規(guī)定:安裝端正、牢固，接線可靠、整齊、正確，符合圖紙要求。部件和二次設備絕緣良好，符合規(guī)范。保護試驗特性和誤差符合規(guī)范，整定值符合要求。保護整組動作試驗正確可靠。
該小水電站經過設備整治、改造，提高了自動化水平。值班人員經過技術培訓，加強運行管理，現(xiàn)已達到農村水電站安全生產標準化要求。
變壓器差動保護在外部發(fā)生短路時誤動作跳閘停電事故
事故經過
某水電站裝有1臺水輪發(fā)電機，額定容量1200kW，發(fā)電機電壓6.3kV，經1600kVA、10/6.3kV、Yd—11接線主變升壓至10kV，并入近區(qū)10kV電網運行。主變壓器裝設微機型差動保護，其電流回路的原理接線如下所示(見圖2)。
安裝時保護經過調試，情況良好，在帶負荷1000kW時測量差動保護的三相差電流數(shù)值是A相0.025Ie、B相0.025Ie、C相0.026Ie，三相平衡且數(shù)值小。
2020年某日在巡檢時測量差動保護差電流值在同樣負荷情況下為A相0.026Ie、B相0.027Ie、C相0.217Ie，三相出現(xiàn)不平衡，且C相差電流明顯增大;這說明回路存在缺陷，應進一步檢查原因。
正在考慮檢查方案時，某月某日，因附近近區(qū)用電1個用戶250kVA桿上變壓器發(fā)生內部故障燒毀事故，其短路電流使該水電站的10kV出線過電流保護和主變差動保護都啟動。由于差動保護是瞬間動作的，造成主變壓器高低壓側斷路器跳閘發(fā)生停電事故。
事故原因分析
事故后，即進行詳細檢查和試驗。先外觀檢查主變壓器無異常，然后作主變壓器直流電阻測定、變比測定、絕緣電阻及吸收比測定、油耐壓試驗等，均合格，而且重瓦斯保護沒有動作;所以基本判斷故障不在變壓器內部，差動保護屬于誤動作。
接著檢查差動保護電流互感器和二次回路時，發(fā)現(xiàn)在10kVC相電流互感器二次出線端子K處有碰外殼接地(因為10kV開關柜內的電流互感器是電纜串心式，由于安裝位置很緊密，在運行中靠邊的C相電流互感器位置有稍移動，使二次接線端子K處碰到了外殼)，相當于電流互感器二次側短路，分流了大部分二次電流。
從圖2中可以看出，流入微機保護的高壓側二次電流Ic減少了，引起差點保護C相差電流增大。當主變壓器外部發(fā)生短路時，差動保護的C相差電流大幅增大至保護啟動。把C相電流互感器安裝位置作調整重新固定好以后，運行時再測量主變差動保護的差電流已恢復正常。
防范措施
應按照《繼電保護和安全自動裝置技術規(guī)程》和《繼電保護和安全自動裝置運行管理規(guī)程》(DLT587—2016)做好定期維護和試驗檢測工作，發(fā)現(xiàn)缺陷時應安排好技術消除，確保變壓器的保護裝置處于完好狀態(tài)。具體應做好下列工作:
(1)設備選型要可靠，有先進性。設備安裝時要確保工藝質量(針對本案，在選開關柜型式時，應考慮電流互感器安裝固定型較好)。
(2)交接試驗要完備，試驗項目要齊全。
(3)每年檢查1次電流回路及各接線端子，并作定值校驗，作保護整組動作傳動斷路器跳閘試驗，確保整定值正確，回路正常。
(4)每月1次在巡檢時測量差動保護的差電流值。
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