不当运行方式引发的一起停电事故

为了提高电源系统的可靠性, 很多大中型企业采用了两路或三路电源供电, 各路电源之间相互备用的输配电方式。对于两路电源供电方式, 它的电源可以来自不同的变电站, 也可以来自同一变电站的不同段母线。一般两路电源之间在各级母线上装有联络开关, 平时母联开关断开, 两路电源分列运行, 当其中一路电源发生故障时, 断开故障电源侧的进线开关, 再投入母联开关, 使一路电源带两段负荷运行, 这样正常的一路电源起到了备用电源的作用。系统正常运行时, 备用电源投入工作的称作暗备投, 系统正常运行时备用电源不投入工作的称作明备投。双路电源之间互为备投的方式属于暗备投的范畴。

电网合环必须遵循:相位相同, 电压差和相角差符合规定。应确保合环网络内, 潮流变化不超过电网稳定、设备容量等方面的限制。比较复杂环网的操作还要进行计算或校验, 操作前与有关方面进行联系。为了合环操作安全, 母联上可安装同期检测控制装置, 若两边电压差超过规定值, 母联开关将被闭锁。

两路电源分列运行若采用自动备投, 当其中一段电源故障, 触发备自投时, 电源故障段会出现短暂的供电中断, 往往使本段部分电气设备失去电压而跳闸, 在某种程度上影响正常生产。那么如果满足相位相同、电压差和相角差符合规定的条件, 可不可以将某级母联开关合环运行, 使之当一路电源发生故障时电源供应不中断呢?答案是否定的, 本文将通过一具体的实例予以说明。

1实例分析

1.1事例供电网络介绍

笔者曾经在一家大型化工企业工作, 2007年9月发生的一次严重停电事故至今仍给我深刻印象。这是一桩典型的不当合环运行引起的停电事故。

首先介绍一下本厂电源系统的组成情况, 它的供电是由两路正常电源、一路应急电源, 和四级网络完成的:220k V→35k V→6k V→0.4k V, 各电压等级母线分别设置有母联开关。220k V变电站包括一套220k V GIS装置、两台75MVA (220k V/35k V) 主变压器、一个35k V配电室及一个二次保护室等。保留35k V电压等级是为了供给四台整流变压器 (每台8MVA, 35k V/570V) , 而6k V系统供电则由两台25MVA (35k V/6k V) 变压器担当。应急电源是指处于等待状态的两台6k V柴油发电机。

6k V母线由A、B、C三段组成, A、B为正常段, C为应急电源段, 事故情况下, 全厂电源失去, B、C母联分开, 两台柴油发电机自动启动和并联, 再连接到6k V C段给全厂重要设备供电。

相关备投设置是这样的:各级母联开关上都设置有自动备投, 但只在6k V母联上启用了自动备投。为了分析事故的需要, 还须说明6k V进线及母联开关柜上设定的电流保护类型:进线开关设置并投入了反时限过电流保护, 母联开关没有投入电流保护。

6k V A、B段母线同其它等级母线一样, 按设计要求是分列运行的, 但上级却认为A、B母联合位运行更为可靠:一路电源有问题时, 另一路还可以接着供电。所以在送电后的半年多时间里, 6k V A、B母联一直是合环运行的 (当然, B、C母联也是合位, 其它母联断开) 。我们已经注意到在合环运行时母联开关上有大约四、五百安培的穿越电流通过, 毕竟6k V和35k V两侧负荷都是不平衡的, 电压存在差别。

这样一种安排虽然满足合环的前几个条件:相位相同, 电压差、相位角差符合规定值, 但未考虑到合环运行中当潮流变化超过了电网稳定、设备容量等方面的承受能力之后将会引起的严重问题。一次偶然的事故发生了。

1.2事故分析

9月7日晚20时左右, 全厂设备正在满负荷运行, 6k V及0.4k V配电室忽然全部停电, 整流变压器开关全部跳闸, 所有生产装置陷于停顿。报警信号显示, 220k V B段进线故障跳闸, 6k V配电室A、B段进线过电流保护跳闸。在检查事故信号, 处理事故过程中值班人员发现6k V A段开关进线侧带电, 便采取紧急措施送电, 合A段进线开关, 给6k V系统送电 (A、B母联仍处于合位, B、C母联也没有跳, 发电机未启动) , 又到220k V站35k V室退出35k VB段进线开关手车, 合上35k V A、B段母联开关 (此时35k V A段电源正常) , 将35k V系统送电成功。在35k V、6k V完成送电后, 值班人员接着又处理了一些其它后续问题才终于将供电系统恢复正常。本次停电事故造成生产装置停车2个小时, 引起不小的混乱和危险, 经济损失较大。

按道理讲, B段进线开关承受的只是35k V B段负荷, 比故障前它的负荷大不了多少, 它不应该过电流跳闸, 可事实恰恰相反, 它也发生了电流速断保护动作, 原因是在B段电源故障跳闸后瞬间, 6k V B进线开关处电压大小相位可认为不变, 而电流瞬间相位改变很大, 几乎是180°, 那么通过电流互感器二次线圈铁芯的磁通就产生很大突变, 在二次线圈中产生很大的冲击电流促使速断保护动作。综上所述, 在发生故障瞬间, A、B段进线开关同时电流速断跳闸6k V进线综合保护器的故障记录证实了上述判断。

6k V A、B段同时失电后, 发电机并没启动, 属于正常情况。发电机启动投入的条件是6k V A、B段进线和A、B段母线的四个PT同时检测不到电压信号。而在上述事故发生后, 6k V A段进线仍然是带电的。35k V整流变压器低压侧开关跳闸是因为工艺联锁。

2关于合环与备投

上述事故中, 6k V母联合环运行, 在事故发生瞬间, 有相当大的负荷突加到6k V开关上, 相当于一次启动相当大容量的设备必将造成开关保护动作, 所以双路电源供电应选择分列运行适当备投的方式。如果选用自动备投, 在备投启动期间, 会先跳掉失压母线的进线开关, 首先确保不会反送电, 同时失电母线也会甩掉相当大的负荷:6k V电机一般低电压跳闸, 6k V变压器所带的0.4k V负荷基本上也都脱扣跳掉了。备投发生时, 所接入的负荷较小, 不会引起进线开关过流动作。备自投完成后, 设置成自启动功能的电气设备可分批分次投入, 就跟正常开机一样, 从而保证生产尽快恢复正常。

备自投的不确定性在于失压母线及其支路存在故障情况下, 将可能连累到正常段供电, 因此在有的工厂供电设计中, 就改为手动备投。故障后, 电气人员去人工检查失压段是否有硬性故障, 再决定是否断开失压段进线开关, 再合上母联开关。一般来说生产装置的电气设备都有备机, 并分配到两段母线上, 一段失电, 可立即手动开启另一段上的, 因而选择手动备投也不失为一个好办法, 这可以防止供电系统大面积瘫痪。

总之, 在工厂双路电源供电系统中, 应采用分列运行, 适当备投的方式。合环运行既无必要又很危险, 除非它的上级母线处于合环状态时, 才允许根据实际负荷及电压情况决定是否合上本级母联开关。

摘要：本文旨在通过一起合环不当引发的停电事故, 探讨工厂双路电源供电系统中分列运行的合理性和装设备投的必要性。另外还准备简要说明供电设计中手动备投和自动备投的选择问题。

关键词：分列运行,电源备投,合环,过电流跳闸