雙流停電分析

雙流停電分析第一頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期二個人簡介姓名：郭樹林工作單位：北京首都機場動力能源有限公司職務(wù)：公司技術(shù)采購部技術(shù)主管/高級工程師聯(lián)系方式箱：guoshulin@第二頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期二3公司概況動力能源公司主要承擔(dān)首都機場地區(qū)的供水、供電、供氣、供熱、供冷、供蒸汽、污水處理、航空垃圾焚燒等動力能源系統(tǒng)的生產(chǎn)供應(yīng)、運行管理和維修維護，為首都機場航站區(qū)、飛行區(qū)、工作區(qū)、生活區(qū)提供安全穩(wěn)定的動力能源供應(yīng)保障，是首都機場專業(yè)化公司的翹楚和能源保障的主導(dǎo)力量。第三頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期二4主營業(yè)務(wù)暖通供暖能源中心冷卻塔110kV站燃?xì)夤艿赖谒捻?，共五十九頁，編輯?023年，星期二公司主營業(yè)務(wù)：供電5.2億千瓦時供水1000萬噸供天燃?xì)猓?700萬立方米供熱：370萬平方米供冷：110萬平方米公司年已成為年銷售額9.7億元的大型國有企業(yè)。第五頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期二背景成都雙流機場811事件發(fā)生后，受民航局機場司安全處的委派北京首都機場李愛民、郭樹林于8月16日赴雙流機場對事件原因進行了分析。第六頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期二主要內(nèi)容站內(nèi)基本情況故障現(xiàn)象搶修經(jīng)過故障原因分析930開關(guān)故障點位置分析幾個問題的再探討第七頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期二一、站內(nèi)基本情況1、主要設(shè)備情況雙流機場110KV變電站為一座110/10KV電壓等級的變電站安裝3.15萬千伏安主變兩臺10KV開關(guān)柜49面。兩路進線分別由220kV長順站和220kV石羊站接入的110kV順航線及110kV羊航線。

110KV開關(guān)采用戶外設(shè)備，制造商為北京ABB。變壓器制造商為西門子，10KV開關(guān)制造商為鎮(zhèn)江霍力克（現(xiàn)公司更名為大全伊頓）第八頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期二第九頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期二2、主接線方式110KV部分采用典型的內(nèi)橋式接線10KV部分采用單母線分段式主接線正常運行方式為兩臺變壓器分列運行第十頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期二930第十一頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期二二、故障現(xiàn)象1、2009年8月11日10時14分13秒雙流機場110kv變電站10kv一段母線出現(xiàn)接地報警。2、一段母線接地運行37秒后，10時14分50.126秒902開關(guān)過流掉閘，10時14分50.127秒901開關(guān)過流掉閘，全站停電。3、10時18分值班員試發(fā)902開關(guān)未成功。4、值班員到10kv開關(guān)室檢查時發(fā)現(xiàn)930開關(guān)柜著火，迅速采取滅火措施進行撲救，避免了火情的進一步蔓延，保證了其他開關(guān)柜未受到本次故障的影響。第十二頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期二第十三頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期二三、搶修經(jīng)過1、現(xiàn)場人員開始準(zhǔn)備隔離故障設(shè)備930#斷路器柜，但由于930#斷路器柜機構(gòu)和柜體已變形，斷路器小車無法拉出。現(xiàn)場立即組織人員拆開930斷路器柜后蓋板，拆除10kVI、II段聯(lián)絡(luò)母排。2、立即對II段母線進行了絕緣檢測，檢測合格后進行試送電。由于二次回路燒毀嚴(yán)重，三次送電未成功。3、經(jīng)成都電業(yè)局繼保所支援人員對二次回路的處理和檢查后，于14時59分正式合上902開關(guān)，至15時28分，恢復(fù)II段全部負(fù)荷。23時35分，I段10kV開始恢復(fù)供電。至8月12日00時10分，10kVI段負(fù)荷供電全部恢復(fù)。第十四頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期二四、故障原因分析1、939開關(guān)電纜C相發(fā)生接地是否是811事件的主要原因第十五頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期二1.1成都機場10KV供電系統(tǒng)屬于小電流接地系統(tǒng)，其中性點采取的是通過消弧線圈接地的方式，消弧線圈額定電流為25-75A，采用自動調(diào)諧補償控制方式，并配有阻尼電阻防止諧振。正常情況下系統(tǒng)發(fā)生諧振的可能行較小。第十六頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期二第十七頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期二1.2從電纜接地故障點來看屬典型的金屬性單相接地故障，間歇放電的可能性較小，也就是說不存在反復(fù)弧光過電壓的可能性第十八頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期二第十九頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期二1.3單相接地是10KV系統(tǒng)運行過程中常見的一種故障現(xiàn)象，系統(tǒng)在設(shè)計時和設(shè)備選型時已充分考慮單相接地的過電壓情況，小電流接地系統(tǒng)允許單相接地運行2小時。第二十頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期二因此，我們認(rèn)為系統(tǒng)對于單相接地是應(yīng)該能夠承受的。換句話說，在設(shè)備正常的情況下不應(yīng)該出現(xiàn)單相接地誘發(fā)開關(guān)爆炸的現(xiàn)象。結(jié)論：939開關(guān)出現(xiàn)單相接地不是811事件的主要原因。從因果因素上分析，939開關(guān)出現(xiàn)單相接地是事故的誘因。第二十一頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期二2、開關(guān)自身缺陷是造成本次故障的主要原因

2.1系統(tǒng)發(fā)生單相接地后會產(chǎn)生一定的過電壓。過電壓一般分兩種形式：一是在接地瞬間會弧光過電壓，其波形類似于雷擊過電壓，其幅值無法通過系統(tǒng)正常的表記進行顯示，但其會從接地點向變電站內(nèi)傳播，在此過程中會發(fā)生衰減，一旦超過避雷器的電壓限值，避雷器會動作，相關(guān)資料顯示過電壓最高可達到35KV；二是工頻過電壓，工頻過電壓的水平會比弧光要低，金屬性接地時非接地相的電壓會升高為線電壓。在消弧線圈補償容量與系統(tǒng)電容電流接近時會產(chǎn)生諧振過電壓，因此消弧線圈的脫諧度要求大于5%。工頻過電壓可以通過表計觀察，一般表現(xiàn)為表計指針突破上限。第二十二頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期二2.2開關(guān)柜的耐受過電壓水平依據(jù)高壓開關(guān)設(shè)備的共用訂貨技術(shù)導(dǎo)則（DLT593-1996）和12KV-40.5KV高壓真空斷路器訂貨技術(shù)條件（DLT403-2000)規(guī)定，真空斷路器要求耐受沖擊電壓峰值75KV，1分鐘工頻耐壓42KV。第二十三頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期二第二十四頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期二額定電壓kV(1)額定雷電沖擊耐受電壓kV峰值1min工頻耐受電壓kV峰值相對地(2)相間(3)斷路器斷口(4)隔離斷口(5)相對地(6)相間(7)斷路器斷口(8)隔離斷口(9)3.640404046252525277.260606070323232361275(60)75(60)75(60)85(70)42(28)42(28)42(28)49(35)(24)1251251251456565657940.5185185185215959595118表4開關(guān)設(shè)備的額定絕緣水平

第二十五頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期二因此在930開關(guān)完好的狀況下，系統(tǒng)完全能夠抵御系統(tǒng)出現(xiàn)的一定水平過電壓。從表1、表2可以看出系統(tǒng)至少要產(chǎn)生75KV的沖擊電壓或者42KV以上的工頻電壓才能造成930開關(guān)絕緣發(fā)生損壞。如果諧振產(chǎn)生如此高的電壓，損壞的設(shè)備將會不止是930開關(guān)一個。第二十六頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期二因此判斷930開關(guān)存在缺陷。并且此缺陷是造成本次故障的主要原因。換句話說，如果930開關(guān)沒有缺陷即使單相接地造成系統(tǒng)過電壓也不會發(fā)生811停電事件。第二十七頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期二3、設(shè)備未及時得到檢修實驗以及當(dāng)值值班人員的操作錯誤是本次故障的次要原因（1）未及時檢修設(shè)備，造成設(shè)備存在缺陷。2007年7月22日預(yù)防性試驗后，930開關(guān)柜因斷路器小車卡澀（無法抽出），一直未進行定期清掃維護和預(yù)防性試驗等工作。承擔(dān)此項工作的四川省電建二公司在2008年未按要求進行相關(guān)實驗，也未和甲方就此開關(guān)的實驗情況進行溝通。四川電力建設(shè)公司在此事件上是存在一定過失的，811事件發(fā)生后，該公司已主動退出成都機場110KV變電站的實驗工作。第二十八頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期二（2）值班入員在未完全檢查站內(nèi)設(shè)備的情況下合上902開關(guān)，加劇了毀損程度。在10kVI、II段母線失壓、變電站對外供電全停后，值班員誤判故障情況，合上902斷路器對10kVII段母線試送電，進一步加劇了930斷路器柜內(nèi)一、二次設(shè)備毀壞，導(dǎo)致?lián)屝藁謴?fù)送電時間延長。但是我們并不能判定值班人員不進行合閘小車就能夠順利地抽出，二次回路就不會燒毀。因此我們認(rèn)為值班人員試合902開關(guān)是本次事件的次要原因。第二十九頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期二事故結(jié)論我們認(rèn)為成都機場811停電事件是一起由接地故障誘發(fā)的因為斷路器絕緣下降造成的停電事件。系統(tǒng)出現(xiàn)接地是誘因，斷路器絕緣下降是主因，值班人員的操作不當(dāng)和未進行試驗是次要原因。第三十頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期二五、930開關(guān)故障點位置分析1、成都電監(jiān)會專家組的調(diào)查結(jié)論是：單相接地故障產(chǎn)生的暫時過電壓，處于熱備用狀態(tài)的930#分段斷路器B相、A相斷路器支撐絕緣子對地（斷路器小車）放電，由于C相一直處于單相接地故障狀態(tài)，故與C相形成相間短路。第三十一頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期二存在問題問題1：930開關(guān)的絕緣子不可能同時出現(xiàn)絕緣擊穿的故障，如果同時擊穿，那肯定是產(chǎn)品有重大缺陷。如果單個絕緣子擊穿就會引發(fā)弧光短路，那肯定也是開關(guān)本身設(shè)計有問題。第三十二頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期二存在問題問題2：C相的接地點在939開關(guān)下側(cè)，也就是說在站外，939開關(guān)C相接地點和930開關(guān)B相在形成相間短路時，939開關(guān)就會有短路電流流過，939開關(guān)速斷保護應(yīng)動作。實際939開關(guān)保護裝置未動作。第三十三頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期二930939ABCABC第三十四頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期二存在問題問題3：930開關(guān)斷路器小車的支撐絕緣子的固定螺栓非常光亮，如果是內(nèi)部絕緣擊穿，固定螺栓肯定會有燒灼的痕跡。從外部來說，開關(guān)雖然兩年沒有清掃，但由于處于開關(guān)柜內(nèi)相對密閉的環(huán)境絕緣子的污穢程度不會很高。除非絕緣子上有異物，但現(xiàn)場未發(fā)現(xiàn)有異物的痕跡。第三十五頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期二第三十六頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期二2、930開關(guān)C相斷路器滅弧室存在制造缺陷（此類缺陷運行期間不易發(fā)現(xiàn)），導(dǎo)致斷路器動靜觸頭斷口絕緣水平降低，當(dāng)出現(xiàn)939開關(guān)接地故障后，930開關(guān)C相斷口間便產(chǎn)生了壓差（幅值為當(dāng)時的相電壓值），斷口間擊穿出現(xiàn)反復(fù)拉弧現(xiàn)象。滅弧室氣體膨脹發(fā)生爆炸,C相爆炸后引起的弧光引起三相弧光短路，能量巨大，造成開關(guān)爆炸，短路電流持續(xù)1.9秒，繼而901、902開關(guān)過流跳閘，930、930-2開關(guān)本體嚴(yán)重變形，短路點無法在短時間內(nèi)消除，造成全站停電。第三十七頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期二接地前后930開關(guān)斷口電壓分析第三十八頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期二接地后930開關(guān)斷口電壓分析當(dāng)1段母線C相發(fā)生接地后，電壓平衡就發(fā)生了變化。斷口間本來很小的電壓差此時發(fā)生了變化。如果此時開關(guān)帶有缺陷，則可能出現(xiàn)滅弧室擊穿發(fā)生爆炸。從930開關(guān)現(xiàn)場看，開關(guān)3相均破損嚴(yán)重，而且有從滅弧室向外噴射的痕跡，證明滅弧室內(nèi)部發(fā)生了嚴(yán)重的爆炸。第三十九頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期二第四十頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期二問題問題1：哪相滅弧室最先爆炸。從現(xiàn)場來看C相滅弧室損壞最為嚴(yán)重，其次是B相，最輕的為A相。我們初步判斷為C相發(fā)生的爆炸，繼而B相、A相相繼發(fā)生了爆炸。C相爆炸后接地點轉(zhuǎn)移到了930開關(guān)內(nèi)部，此時發(fā)生三相短路939開關(guān)不會有短路電流流過。第四十一頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期二問題問題2：從電力監(jiān)控記錄來看是110KV1段母線先出現(xiàn)低壓報警、2段母線12毫秒后才出現(xiàn)低壓報警。10KV2段母線較1段母線早11毫秒出現(xiàn)低壓報警。這是兩個相互矛盾的信息。第四十二頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期二第四十三頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期二3、觸壁和梅花觸頭經(jīng)檢查：斷路器小車上下梅花觸頭及觸臂以及除滅弧室外其他位置均未發(fā)現(xiàn)短路源頭痕跡。因此我們判定觸壁和梅花觸頭不是爆炸故障的引發(fā)點。第四十四頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期二六、幾個問題的再探討1、選擇消弧線圈接地系統(tǒng)還是小電阻接地系統(tǒng)第四十五頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期二1.1小電流接地系統(tǒng)小電流接地系統(tǒng)包括：中性點不接地系統(tǒng)、中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)、中性點經(jīng)大電阻接地系統(tǒng)。小電流接地系統(tǒng)在發(fā)生單相接地后，系統(tǒng)原有的電容電流分布遭到破壞，正常情況下三相電容電流的矢量和為0，系統(tǒng)發(fā)生接地后，接地相的電容電流變?yōu)?，非接地相的電容電流升高為原來的√3倍。根據(jù)規(guī)程規(guī)定可運行兩個小時。國內(nèi)一般采用中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，適用于架空線較多的系統(tǒng)。消弧線圈的容量要根據(jù)系統(tǒng)的電容電流來選擇，并要保持一定得脫諧度，一般采用過補償?shù)姆绞?。第四十六頁，共五十九頁，編輯?023年，星期二第四十七頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期二消弧線圈接地方式的優(yōu)點：發(fā)生單相接地仍能維持運行，對于一些負(fù)荷來說不會停電。對于架空線等易發(fā)瞬時性接地的故障，接地點消除后仍能夠維持正常運行。第四十八頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期二消弧線圈接地方式的缺點：發(fā)生接地后，故障路的判斷需要一定的經(jīng)驗和技巧，目前仍在采用拉路查找的方式。部分變電站安裝小電流接地選線系統(tǒng)，但在實際運行過程中經(jīng)常出現(xiàn)誤判。單相接地后過電壓水平較高，最高可達線電壓的3.2倍。長時間單相接地可能造成更為嚴(yán)重的三相短路故障。接地點附近會對人身安全造成一定的威脅，存在觸電的危險。接地發(fā)生后，接地電流不足以滿足保護裝置的靈敏度需要，因此無法實現(xiàn)跳閘。第四十九頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期二1.2、小電阻接地系統(tǒng)與小電流接地系統(tǒng)相對應(yīng)的是大電流接地系統(tǒng)，他是指中性點直接接地系統(tǒng)，0.4K、110KV以上系統(tǒng)都屬于大電流接地系統(tǒng)。大電流接地系統(tǒng)在發(fā)生單相接地時，在接地相和中性點之間會產(chǎn)生較大的電流，系統(tǒng)電壓平衡遭到破壞。為了保證發(fā)生單相接地時系統(tǒng)電壓不遭到嚴(yán)重破壞，同時又滿足保護裝置的靈敏度需要，隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展逐漸產(chǎn)生了小電阻接地系統(tǒng)，其原理是在接地變壓器中型點與地之間接入一電阻，阻值一般選擇為10歐姆，單相接地時接地電流在500A-600A之間。第五十頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期二第五十一頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期二小電阻接地方式的優(yōu)點：單相接地時會迅速跳閘，避免由單相接地演變成兩相或三相短路等更為嚴(yán)重的故障保護裝置能夠自動跳閘，無需人工干預(yù)系統(tǒng)過電壓水平較低持續(xù)時間較短第五十二頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期二小電阻接地方式的缺點：無論接地是否為永久性的還是為暫時性的均會發(fā)生跳閘。第五十三頁，共五十九頁，編輯于2023年，星期二1.3接地系統(tǒng)的選擇及發(fā)展趨勢目前，由于10KV電纜的大量應(yīng)用，尤其是在城市地區(qū)，消弧線圈接地系統(tǒng)已逐步被小電阻接地系統(tǒng)所替代。對于存在大量架空線的供電系統(tǒng)如廣大農(nóng)村地區(qū)仍在大量采用消弧線圈接地系統(tǒng)。國家規(guī)范中對此沒有明確的選擇規(guī)范。8.11事件發(fā)生后，專家組建議成都機場10