阮 剛

(四川能投鼎盛鋰業(yè)有限公司，四川 眉山 620000)

0 引 言

四川能投鼎盛鋰業(yè)有限公司(簡(jiǎn)稱鼎盛鋰業(yè))Ⅰ期10 kt/a電池級(jí)鋰鹽項(xiàng)目配套新建35 kV鼎盛變電站，其總體設(shè)計(jì)方案為：35 kV鼎盛變電站為末端負(fù)荷站，采用戶內(nèi)站設(shè)計(jì)，35 kV單回單電源進(jìn)線，單臺(tái)S11-25000kVA/35/10.5kV三相雙繞組銅芯低損耗無(wú)勵(lì)磁調(diào)壓油浸式電力變壓器，戶外布置；35 kV、10 kV開(kāi)關(guān)柜戶內(nèi)布置；35 kV出線開(kāi)關(guān)柜與主變之間采用電纜連接，主變10 kV低壓側(cè)采用共箱封閉母線與戶內(nèi)10 kV開(kāi)關(guān)柜連接；變電站35 kV和10 kV母線主接線形式均為單母線不分段。各10 kV負(fù)荷采用電纜出線，主要設(shè)備包含9臺(tái)配電變壓器、16臺(tái)高壓電動(dòng)機(jī)等，為全廠各生產(chǎn)裝置及生活、辦公區(qū)等提供用電，同時(shí)配備容量1 000 kVA、Ue=400 V的應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組1臺(tái)。

35 kV鼎盛變電站為EPC總承包項(xiàng)目，設(shè)計(jì)單位為成都市某甲級(jí)設(shè)計(jì)院，變電站于2018年5月31日建成并一次性送電成功。正常運(yùn)行約18個(gè)月后，2019年11月5日11:40:06，35 kV鼎盛變電站除35 kV電源進(jìn)線外，全站突然停電，電力監(jiān)控系統(tǒng)顯示故障為“35 kV主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作”，主變上、下兩側(cè)501開(kāi)關(guān)、901開(kāi)關(guān)跳閘導(dǎo)致全廠停電，應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組自動(dòng)啟動(dòng)，向各二級(jí)變電所事故段應(yīng)急負(fù)荷供電。

1 事故原因分析

1.1 35 kV主變差動(dòng)保護(hù)基本原理

主變差動(dòng)保護(hù)，是變壓器的主要保護(hù)手段。其基本原理是，反映被保護(hù)變壓器各端流入和流出電流的差，保護(hù)區(qū)內(nèi)如果發(fā)生故障，差動(dòng)回路中的電流值大于整定值，差動(dòng)保護(hù)瞬時(shí)動(dòng)作，而保護(hù)區(qū)外的故障，主變差動(dòng)保護(hù)則不應(yīng)動(dòng)作。

35 kV主變差動(dòng)保護(hù)范圍如圖1。電流互感器TA1設(shè)置在35 kV出線柜501出線側(cè)，電流互感器TA2設(shè)置在10 kV進(jìn)線柜901上端側(cè)，在變壓器正常運(yùn)行和外部故障時(shí)，電流互感器TA1、TA2電流相等(I2′-I2″=0)，差動(dòng)回路的電流等于零，一旦(I2′-I2″)>差動(dòng)保護(hù)設(shè)定值，主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。

圖1 35 kV主變差動(dòng)保護(hù)范圍示意圖

1.2 35 kV主變差動(dòng)保護(hù)影響因素

據(jù)上述主變差動(dòng)保護(hù)基本原理，本次35 kV鼎盛變電站主變差動(dòng)保護(hù)是在35 kV主變正常運(yùn)行時(shí)發(fā)生的，故在故障檢查時(shí)應(yīng)排除掉變壓器激磁涌流產(chǎn)生的不平衡電流、變壓器兩側(cè)電流相位不同產(chǎn)生的不平衡電流、計(jì)算變比與實(shí)際變比造成的不平衡電流、電流互感器TA1與TA2型號(hào)不同造成的不平衡電流、變壓器帶負(fù)荷調(diào)整分接頭造成的不平衡電流等因素的影響。

1.3 35 kV主變差動(dòng)保護(hù)范圍

據(jù)上述35 kV主變差動(dòng)保護(hù)原理及主變差動(dòng)保護(hù)影響因素分析，35 kV鼎盛變電站主變差動(dòng)保護(hù)范圍即電流經(jīng)過(guò)電流互感器TA1、TA2的范圍(如圖1)，亦即35 kV主變上、下側(cè)電流互感器TA1、TA2之間的范圍，主要包括35 kV側(cè)出線501開(kāi)關(guān)至35 kV主變的35 kV電纜、35 kV主變?cè)O(shè)備本體、35 kV主變至10 kV側(cè)進(jìn)線901開(kāi)關(guān)之間的10 kV共箱封閉母線三部分。

1.4 故障點(diǎn)查找

據(jù)35 kV主變差動(dòng)保護(hù)范圍，分別檢查35 kV電纜、35 kV主變?cè)O(shè)備本體、10 kV共箱封閉母線(三相母線導(dǎo)體封閉在同一個(gè)金屬外殼中的金屬封閉母線)。故障點(diǎn)檢查過(guò)程及結(jié)果如下。

35 kV油浸式電力變壓器油品取樣分析結(jié)果顯示，氣體成分分析未見(jiàn)異常，油品耐壓試驗(yàn)49.9 kV等相關(guān)數(shù)據(jù)合格，變壓器直流電阻、變比、本體耐壓試驗(yàn)等相關(guān)檢測(cè)數(shù)據(jù)合格，綜合數(shù)據(jù)判斷主變?cè)O(shè)備正常；35 kV側(cè)501開(kāi)關(guān)至主變高壓側(cè)35 kV出線電纜耐壓試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)合格，35 kV電纜正常；主變低壓側(cè)至10 kV側(cè)進(jìn)線901開(kāi)關(guān)之間的共箱封閉母線耐壓試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)不合格，并出具了相關(guān)檢測(cè)報(bào)告。由此，確認(rèn)是主變至10 kV側(cè)進(jìn)線901開(kāi)關(guān)之間的10 kV共箱封閉母線發(fā)生了相間短路故障。隨即，檢修人員對(duì)共箱封閉母線開(kāi)蓋檢查，檢查結(jié)果為：在10 kV共箱封閉母線由戶外進(jìn)入戶內(nèi)的進(jìn)戶位置(見(jiàn)圖2)，戶外、戶內(nèi)兩部分之間設(shè)置的環(huán)氧樹(shù)脂隔板絕緣被擊穿，造成母排相間放電，觸發(fā)主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。本次35 kV主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作迅速，體現(xiàn)了其高靈敏性及可靠性，未造成主變?cè)O(shè)備及母線的損壞。

圖2 10 kV共箱封閉母線進(jìn)戶位置示意圖

1.5 事故原因分析

1.5.1 直接原因

10 kV共箱封閉母線在進(jìn)戶穿墻位置內(nèi)部設(shè)置的環(huán)氧樹(shù)脂隔板絕緣強(qiáng)度降低而被擊穿，造成10 kV母排相間放電，觸發(fā)主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。

1.5.2 間接原因

1.5.2.1設(shè)計(jì)方面的原因

設(shè)計(jì)院在施工圖設(shè)計(jì)圖紙中僅提供了10 kV共箱封閉母線有關(guān)電氣的相關(guān)參數(shù)(包括戶外型以及31.5 kA、2 000 A、數(shù)量10 m等參數(shù))，并未提供10 kV共箱封閉母線進(jìn)戶穿墻位置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，也未提供穿墻套管型號(hào)、共箱封閉母線箱體外形尺寸等參數(shù)。

1.5.2.210 kV共箱封閉母線產(chǎn)品存在設(shè)計(jì)缺陷

總承包方提供的10 kV共箱封閉母線中間穿墻結(jié)構(gòu)原設(shè)計(jì)剖面圖(及母排相間放電位置)如圖3。生產(chǎn)廠家提供的10 kV共箱封閉母線產(chǎn)品[產(chǎn)品型號(hào)為GFM-10.5kV/2000A/50Hz，銅母排規(guī)格為T(mén)MY-3(120 mm×10 mm)，戶外型，防護(hù)等級(jí)IP54，采用自然冷卻方式]中間穿墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在缺陷、材料選擇錯(cuò)誤——設(shè)置的穿墻密封連接裝置采用環(huán)氧樹(shù)脂絕緣板材料作為戶內(nèi)、戶外之間密封分隔，且環(huán)氧樹(shù)脂絕緣板直接搭接在10 kV銅母排上，此種材料隨著時(shí)間的推移其絕緣強(qiáng)度會(huì)逐步降低而易被擊穿，造成母排相間放電，即環(huán)氧樹(shù)脂絕緣板不能作為10 kV母線的主絕緣材料使用。

圖3 10 kV共箱封閉母線中間穿墻結(jié)構(gòu)剖面圖

1.5.2.3環(huán)境因素

10 kV共箱封閉母線正常運(yùn)行時(shí)，所處環(huán)境的溫度、濕度、污穢等級(jí)等因素均符合設(shè)計(jì)及產(chǎn)品使用環(huán)境要求，不是影響10 kV共箱封閉母線安全運(yùn)行的主要因素。

1.6 臨時(shí)應(yīng)急處置方案

經(jīng)過(guò)上述原因分析，建設(shè)單位、設(shè)計(jì)院、總承包單位、10 kV共箱封閉母線生產(chǎn)廠家均認(rèn)可造成本次全廠停電事故的直接原因?yàn)?0 kV共箱封閉母線產(chǎn)品母線中間穿墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在缺陷和材料選擇錯(cuò)誤，由總承包單位承擔(dān)本次停電事故的全部責(zé)任。10 kV共箱封閉母線進(jìn)戶中間穿墻結(jié)構(gòu)隱患的整改由本項(xiàng)目總承包單位、10 kV共箱封閉母線生產(chǎn)廠家負(fù)責(zé)，要求按有關(guān)規(guī)范/標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化共箱封閉母線產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案，方案報(bào)設(shè)計(jì)院、建設(shè)單位同意后，限期完成整改。

為盡快恢復(fù)全廠供電、減少損失，建設(shè)單位同意以下臨時(shí)應(yīng)急處置方案：取消現(xiàn)有10 kV共箱封閉母線中間穿墻位置設(shè)置的環(huán)氧樹(shù)脂隔板，在10 kV共箱母線耐壓試驗(yàn)合格后，先行恢復(fù)全廠電力系統(tǒng)供電，從全廠停電到恢復(fù)正常供電，合計(jì)停電時(shí)間約為18 h。

2 技改方案

2.1 技改的主要難點(diǎn)

(1)停電整改所能給出的作業(yè)時(shí)間有限，共箱封閉母線技改必須將主變停電后方能交付施工作業(yè)，據(jù)裝置設(shè)備恢復(fù)運(yùn)行方面的要求，從主變停電交出到恢復(fù)全廠供電總時(shí)長(zhǎng)不能超過(guò)12 h。

(2)共箱封閉母線金屬外殼箱體幾何尺寸有限，現(xiàn)有金屬外殼箱體內(nèi)部空間僅為972 mm(寬)×452 mm(高)，如圖3所示，這給穿墻套管型號(hào)及材料的選擇帶來(lái)困難。

2.2 技改主要參考標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)圖冊(cè)

(1)共箱封閉母線技改主要參考標(biāo)準(zhǔn)為《金屬封閉母線》(GB/T 8349—2000)，要求“金屬封閉母線可在適當(dāng)部位設(shè)置防結(jié)露裝置。自然冷卻離相封閉母線應(yīng)在戶內(nèi)外穿墻處設(shè)置密封絕緣套管或采取其他措施，以防止外殼中戶內(nèi)外空氣對(duì)流、區(qū)域之間的溫差造成的結(jié)露給母線安全運(yùn)行帶來(lái)的危害”，以及其他相關(guān)技術(shù)要求。

(2)共箱封閉母線技改設(shè)計(jì)參考《國(guó)家電網(wǎng)公司輸變電工程典型設(shè)計(jì)：35kV變電站分冊(cè)》戶內(nèi)變電站設(shè)計(jì)部分，即：主變戶外布置，35 kV、10 kV開(kāi)關(guān)柜戶內(nèi)布置；參考典型設(shè)計(jì)方案，編號(hào)B-1和B-2。

2.3 技改方案的比選

2.3.1 方案一

參考《國(guó)家電網(wǎng)公司輸變電工程典型設(shè)計(jì)：35kV變電站分冊(cè)》典型設(shè)計(jì)，主要設(shè)計(jì)方案為：戶外部分從35 kV變壓器10.5 kV低壓出線側(cè)到進(jìn)戶穿墻位置采用裸露的銅質(zhì)硬母線，不采用共箱封閉母線；穿墻位置采用CWW-10kV/2000A耐污型戶外銅導(dǎo)體瓷質(zhì)穿墻套管及其他密封絕緣材料；母線進(jìn)入戶內(nèi)后則采用共箱封閉母線，與10 kV進(jìn)線開(kāi)關(guān)柜連接。

本方案(方案一)是《國(guó)家電網(wǎng)公司輸變電工程典型設(shè)計(jì)：35kV變電站分冊(cè)》典型設(shè)計(jì)方案，方案成熟，主要適用于新建變電站，最初設(shè)計(jì)時(shí)就需充分考慮細(xì)節(jié)。若本次技改按照方案一實(shí)施，不僅要拆除室外部分的共箱母線箱體，穿墻位置的土建預(yù)留孔洞的尺寸也需要改動(dòng)，戶內(nèi)部分的共箱母線箱體尺寸及銅母排也需作相應(yīng)的調(diào)整，改動(dòng)太大，等于是推翻了原設(shè)計(jì)院的設(shè)計(jì)方案，加之所能給出的技改施工作業(yè)時(shí)間有限，方案一不能滿足實(shí)際生產(chǎn)所需且費(fèi)用也高。

2.3.2 方案二

保持現(xiàn)10 kV共箱封閉母線金屬外殼幾何尺寸不變，穿墻位置采用CWW-10kV/2000A耐污型戶外銅導(dǎo)體瓷質(zhì)穿墻套管及其他密封絕緣材料。

本方案(方案二)從理論上來(lái)看是可行的，但是CWW-10kV/2000A型穿墻套管幾何尺寸較大，在現(xiàn)有共箱金屬外殼箱體有限空間972 mm(寬)×452 mm(高)內(nèi)安裝，3個(gè)套管之間的安全距離不符合規(guī)范要求，除非將穿墻位置戶外、戶內(nèi)部分的共箱金屬外殼空間變大，這又同樣涉及到土建預(yù)留孔洞的尺寸變化、部分銅母排需重新制作安裝、施工作業(yè)時(shí)間較長(zhǎng)等問(wèn)題。

2.3.3 方案三

保持現(xiàn)有10 kV共箱封閉母線金屬外殼箱體幾何尺寸不變，在穿墻位置設(shè)置TGJ8-12型高壓穿墻套管，采用10 mm厚10 kV絕緣板進(jìn)行分隔，母線外套35 kV電壓等級(jí)的熱縮母排套管。

TGJ8-12型高壓穿墻套管絕緣子采用環(huán)氧樹(shù)脂澆注成型，耐污穢及潮濕，無(wú)需特別維護(hù)，只需定期清理表面，兩端有用于安裝的螺紋孔。TGJ8-12型高壓穿墻套管主要參數(shù)為：額定電壓10 kV，最高電壓12 kV；絕緣子能承受的工頻耐受電壓(有效值)42 kV/5 min，雷電沖擊耐受電壓(峰值)75 kV。TGJ8-12型高壓穿墻套管為戶內(nèi)裝置，使用在共箱封閉母線內(nèi)是可行的，同時(shí)該套管要求在無(wú)嚴(yán)重影響絕緣子絕緣的氣體、蒸氣、灰塵及其他爆炸性和腐蝕性介質(zhì)的場(chǎng)所使用，現(xiàn)有環(huán)境條件均符合該套管的使用要求。

本方案(方案三)無(wú)需改動(dòng)共箱金屬外殼尺寸，銅母排無(wú)需重新制作，3個(gè)套管之間的安全距離也符合規(guī)范要求，施工作業(yè)時(shí)間短，費(fèi)用也比較低。

2.3.4 方案比選結(jié)果

通過(guò)對(duì)上述3個(gè)技改方案在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、可行性等方面的綜合比較，方案一、方案二在輸變電工程設(shè)計(jì)之初選擇應(yīng)該是最優(yōu)的；方案三則是基于本項(xiàng)目的實(shí)際情況提出的，實(shí)施難度不大，且符合規(guī)范要求，雖說(shuō)不是國(guó)家電網(wǎng)公司典型設(shè)計(jì)方案，但最適合于本項(xiàng)目的技改，故確定方案三為最終設(shè)計(jì)及實(shí)施方案。10 kV共箱封閉母線中間穿墻結(jié)構(gòu)技改設(shè)計(jì)剖面圖如圖4。

圖4 共箱封閉母線中間穿墻結(jié)構(gòu)技改設(shè)計(jì)剖面圖

3 技改實(shí)施情況及效果

本次10 kV共箱封閉母線中間穿墻結(jié)構(gòu)技改，利用2020年度春季大修機(jī)會(huì)在計(jì)劃的12 h內(nèi)順利完成，包括耐壓試驗(yàn)在內(nèi)的各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)合格且安全送電。技改后至今2 a多的時(shí)間內(nèi)，供配電系統(tǒng)連續(xù)、穩(wěn)定、安全運(yùn)行，未出現(xiàn)過(guò)任何問(wèn)題。2022年度春季大修期間對(duì)10 kV共箱封閉母線中間穿墻結(jié)構(gòu)技改部分進(jìn)行了重點(diǎn)檢查，除了套管表面稍有積塵外，無(wú)任何放電跡象，其他各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)均正常。

4 結(jié)束語(yǔ)

參照GB/T 8349—2000等標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合本工程實(shí)際案例及鼎盛鋰業(yè)“35 kV主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作”事故，在設(shè)計(jì)、產(chǎn)品生產(chǎn)的各個(gè)階段，如何正確設(shè)計(jì)共箱封閉母線中間穿墻結(jié)構(gòu)、如何正確選用相關(guān)材料，各環(huán)節(jié)各種細(xì)節(jié)均應(yīng)該得到重視，以免一些被忽略的細(xì)節(jié)問(wèn)題影響到電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。鼎盛鋰業(yè)本次10 kV共箱封閉母線進(jìn)戶中間穿墻位置設(shè)置TGJ8-12型高壓穿墻套管的技改，無(wú)需改動(dòng)共箱金屬外殼尺寸，銅母排無(wú)需重新制作，施工作業(yè)時(shí)間短、技改費(fèi)用低、實(shí)際運(yùn)行效果好，這對(duì)業(yè)內(nèi)類似問(wèn)題的解決有一定的啟示作用，本技改案例對(duì)設(shè)計(jì)院、生產(chǎn)廠家及建設(shè)單位等工程技術(shù)人員也有一定的參考價(jià)值。