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所用變壓器速斷保護(hù)引起主變低壓側(cè)開(kāi)關(guān)跳閘事故原因分析

文檔作者：方利祥賀瑞和馬金雷文檔來(lái)源：首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年06月12日
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所用變壓器速斷保護(hù)引起主變低壓側(cè)
開(kāi)關(guān)跳閘事故原因分析
方利祥賀瑞和馬金雷
(首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司)
摘要介紹了首鋼京唐公司2 230 mm冷軋生產(chǎn)線110 kV變電站所用變壓器速斷保護(hù)引起主變壓器低壓
側(cè)開(kāi)關(guān)跳閘的事故。分析結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果表明，該事故由設(shè)計(jì)缺陷和施工缺陷引起，提出了改進(jìn)措施，
避免了類似事故在其他變電站再次發(fā)生。
關(guān)鍵詞所用變壓器速斷保護(hù)主變壓器跳閘
Accident Analysis of M ain Transformer Low-Side Switch Tripping
Caused by Transformer Instantane0us Protection
FANG Lixiang HE Ruihe MA Jinlei
(Shougang Jingtang United Iron and Steel Co．，Ltd．)
Abstract This paper introduces the main transformer low—side switch tripping accident caused by the
transformer instantaneous protection of the 1 10 kV substation in Shougang Jingtang Company 2 230
mm cold rolling production line． In term s of the analysis and test results，it is shown that the
accident is caused by designed and construction defects．Advanced measures are put forward，which
avoids the similar accident to occur again in other substations．
Key W ords the transformer， instantaneous protection， main transform er， trip
國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)一般配置獨(dú)立的1 10／10 kV配
電網(wǎng)，對(duì)配電系統(tǒng)的連續(xù)性要求較高，以保證鋼
鐵企業(yè)生產(chǎn)線連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。早期的鋼鐵企業(yè)
10 kV電壓等級(jí)配電網(wǎng)中使用較普遍的是中性點(diǎn)
不接地系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，保護(hù)
裝置只發(fā)接地報(bào)警信號(hào)，開(kāi)關(guān)不立即跳閘，保證
了供電的連續(xù)性。
隨著鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，電力負(fù)荷
也隨之不斷增大，且廠內(nèi)大量使用電纜配電，當(dāng)
系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，接地電容電流會(huì)很
大，產(chǎn)生間歇性電弧。間歇性電弧引起的內(nèi)部過(guò)
電壓容易損壞配電設(shè)備與線路，造成配電系統(tǒng)大
面積停電。因此，10 kV電壓等級(jí)配電網(wǎng)中性點(diǎn)
不接地系統(tǒng)已不適用于現(xiàn)代化大規(guī)模鋼鐵企業(yè)的
110／10 kV配電網(wǎng)。
方利祥：工程師。收稿／2015—07—29
目前，國(guó)內(nèi)一些大型鋼鐵企業(yè)在10 kV電壓
等級(jí)配電網(wǎng)中采用中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)，當(dāng)
配電系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，由于存在短路回
路，接地相電流很大，會(huì)啟動(dòng)保護(hù)裝置動(dòng)作跳
閘，快速切除故障點(diǎn)，避免事故擴(kuò)大。10 kV電
壓等級(jí)配電網(wǎng)中性點(diǎn)采用不接地系統(tǒng)與經(jīng)小電阻
接地系統(tǒng)各有利弊，筆者認(rèn)為，對(duì)配電系統(tǒng)的連
續(xù)性、可靠性要求較高的鋼鐵企業(yè)來(lái)說(shuō)，10 kV
電壓等級(jí)配電網(wǎng)在中性點(diǎn)不接地的情況下可以短
暫運(yùn)行，沒(méi)有必要因小電阻接地系統(tǒng)退出運(yùn)行而
停運(yùn)10 kV電壓等級(jí)配電網(wǎng)。本文就此問(wèn)題，結(jié)
合首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司(簡(jiǎn)稱首鋼
京唐公司)2 230 mm冷軋生產(chǎn)線110 kV變電站
所用變壓器速斷保護(hù)引起主變低壓側(cè)開(kāi)關(guān)跳閘的
案例進(jìn)行討論。
1 首鋼京唐公司2 230 mm冷軋
生產(chǎn)線110 kV變電站一次系統(tǒng)
首鋼京唐公司2 230 mm冷軋生產(chǎn)線110 kV
變電站一次系統(tǒng)主接線方式為1 10 kV雙母線分
段運(yùn)行，1號(hào)主變經(jīng)501開(kāi)關(guān)帶10 kV I段母
線，2號(hào)主變經(jīng)502開(kāi)關(guān)帶10 kV I1段母線，3
號(hào)主變經(jīng)503開(kāi)關(guān)帶10 kV 1I段母線。10 kV中
性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地， I段母線經(jīng)5109開(kāi)關(guān)帶1
號(hào)所變接地變，Ⅲ 段母線經(jīng)5309開(kāi)關(guān)帶2號(hào)所
變接地變。首鋼京唐公司2 230 mm冷軋生產(chǎn)線
1 10 kV變電站一次系統(tǒng)工作原理如圖1所示。
1號(hào)主變零2號(hào)主變 3號(hào)主變
10 kVI段 501 502 503 10 kV Ul段
1號(hào)所用15109 510 Lj 0o91 2號(hào)所用
變壓器 變壓器
母聯(lián)母聯(lián)
10 kV II段
圖1 首鋼京唐公司2 230 mm 冷軋生產(chǎn)線
110 kV 變電站一次系統(tǒng)工作原理圖
2 事故經(jīng)過(guò)
2013年10月30日變電站運(yùn)行人員計(jì)劃將
10 kV 111段母線負(fù)荷通過(guò)合環(huán)倒閘的操作方式轉(zhuǎn)
移到10 kV I段母線，對(duì)10 kVⅢ 段母線所帶
開(kāi)關(guān)柜進(jìn)行保護(hù)傳動(dòng)試驗(yàn)與常規(guī)檢修，具體方案
為：合512母聯(lián)及523母聯(lián)，在下級(jí)10 kV變電
站合母聯(lián)停2號(hào)進(jìn)線，由1號(hào)進(jìn)線經(jīng)母聯(lián)帶全
變電站負(fù)荷，然后將10 kVⅢ 段母線所帶開(kāi)關(guān)
柜由運(yùn)行轉(zhuǎn)檢修狀態(tài)，分503開(kāi)關(guān)，進(jìn)行常規(guī)檢
修與保護(hù)傳動(dòng)試驗(yàn)。為節(jié)省檢修時(shí)間，變電站運(yùn)
行人員一邊進(jìn)行倒閘操作，一邊組織檢修人員進(jìn)
行試驗(yàn)。當(dāng)檢修人員對(duì)5309開(kāi)關(guān)柜進(jìn)行速斷保
護(hù)傳動(dòng)試驗(yàn)時(shí)，503開(kāi)關(guān)突然跳閘，由于512和
523母聯(lián)開(kāi)關(guān)在合位，503開(kāi)關(guān)跳閘未導(dǎo)致l0
kVⅢ 段母線失電，未給2 230 mm冷軋生產(chǎn)線
造成經(jīng)濟(jì)損失。
3 原因分析
因?yàn)?03開(kāi)關(guān)為事故跳閘，所以必須查明原
因。在110 kV變電站正常運(yùn)行方式下，若503
開(kāi)關(guān)事故跳閘，則將導(dǎo)致2 230 mm冷軋生產(chǎn)線
全線非計(jì)劃停機(jī)，勢(shì)必造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。
查看變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)保護(hù)動(dòng)作事件信
息，在08：33：45．853時(shí)刻5309電流速斷動(dòng)作，
在08：33：45．963時(shí)刻主變測(cè)控裝置上傳3號(hào)主
變測(cè)控10 kV跳閘信號(hào)，即503開(kāi)關(guān)跳閘。對(duì)
此，可以從以下2個(gè)方面查找事故原因：
1)對(duì)于3號(hào)主變測(cè)控10 kV跳閘，查找主
變測(cè)控裝置與外部接線的設(shè)計(jì)原理圖，查明導(dǎo)致
測(cè)控裝置上傳3號(hào)主變測(cè)控跳閘信息的原因。
2)5309開(kāi)關(guān)速斷跳閘時(shí)間與503開(kāi)關(guān)跳閘
時(shí)間相差0．1 S，是否為5309開(kāi)關(guān)跳閘引起503
開(kāi)關(guān)聯(lián)動(dòng)跳閘有待進(jìn)一步核查。
首鋼京唐公司2 230 ITlm冷軋生產(chǎn)線110 kV
變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)采用北京四方繼保自動(dòng)化
股份有限公司的CSC2000系統(tǒng)，主變測(cè)控裝置
型號(hào)為CSI一200EA，主變低壓側(cè)操作回路采用
JFZ．13T型組合操作箱。CSI．200EA型主變測(cè)控
裝置控制原理如圖2所示，JFZ一13T型組合操作
箱控制原理如圖3所示。
跳閘
35 kV
回路斷線 SB4
或電源消失
跳閘
10 kV
回路斷線 B18
或電源消失
圖2 CSI一200EA型主變測(cè)控裝置控制原理圖
34D4 1×7—7 7_CK J3 Ix7—8 ? ? 一一 一4n4 ITBJ
^ ／ ^
ss 口
× 9 ss耍 CSC．336B1 1 (J
¨ 一， 6’ 10 kV
一 一4 CSC一326GH(1) B18
z一 一s ’ z一 一 CSC 操作
一326GH(2) 機(jī)構(gòu)
s—t 一· ’一 s
一 一z CSC
一326GL
TBJ
／
圖3 JFZ一13T型組合操作箱控制原理圖
由圖2，3可見(jiàn)，當(dāng)1TXJ無(wú)源節(jié)點(diǎn)閉合時(shí)，
測(cè)控裝置會(huì)上送3號(hào)主變測(cè)控10 kV跳閘信號(hào)，
當(dāng)1TXJ繼電器得電、流過(guò)繼電器的電流達(dá)到啟
動(dòng)電流時(shí)，1TXJ無(wú)源節(jié)點(diǎn)會(huì)閉合。當(dāng)7一cⅪ3、
1一CKJ2、6-CKJ1、6．CKJ2和7．CKJ1等5個(gè)無(wú)
源節(jié)點(diǎn)當(dāng)中有1個(gè)節(jié)點(diǎn)閉合時(shí)，1TXJ繼電器會(huì)
得電動(dòng)作。這5個(gè)節(jié)點(diǎn)分別為主變差動(dòng)保護(hù)
CSC一326GD、非電量保護(hù)CSC一336B1、高后備保
護(hù)CSC-326GH(1)、中后備保護(hù)CSC一326GH(2)
以及低后備保護(hù)CSC一326GL保護(hù)動(dòng)作開(kāi)出節(jié)點(diǎn)，
分別查看3號(hào)主變保護(hù)屏中上述保護(hù)裝置動(dòng)作
記錄，均沒(méi)有保護(hù)動(dòng)作的信息，說(shuō)明503跳閘非
差動(dòng)保護(hù)
低后備保護(hù)
跳
主變保護(hù)動(dòng)作跳閘。分別測(cè)量這5個(gè)節(jié)點(diǎn)兩端
直流電壓，結(jié)果均有電壓顯示，排除了這5個(gè)
節(jié)點(diǎn)因損壞由常開(kāi)變常閉的可能性，所以推測(cè)可
能還有其他支路能使1TXJ繼電器得電動(dòng)作，
而由于設(shè)計(jì)缺陷，在設(shè)計(jì)原理圖中并沒(méi)有體現(xiàn)
出來(lái)。
由于5309開(kāi)關(guān)速斷跳閘時(shí)間與503開(kāi)關(guān)跳
閘時(shí)間相差0．1 s，有可能5309開(kāi)關(guān)柜綜保裝置
CSC一211保護(hù)動(dòng)作開(kāi)出節(jié)點(diǎn)串聯(lián)到JFZ．13T型組
合操作箱主變低壓側(cè)操作回路。查看5309開(kāi)關(guān)
柜端子接線圖，查看保護(hù)動(dòng)作開(kāi)出節(jié)點(diǎn)是否有外
部接線。5309開(kāi)關(guān)柜端子接線圖如圖4所示。
電纜編號(hào) 電纜型號(hào)孕截面／ 芯數(shù) -n 寸 卜 n In 卜
mIr廣 ．．I_—一
芻
昱 墨
去 處
本端設(shè)備號(hào) ln In
寸 ￡ 苧 曼 高 N
端子板
遠(yuǎn)端設(shè)備號(hào)
電纜編號(hào) 電纜型號(hào)墾截面， 使用 苫 吝 吝 苫
寸 寸 寸 寸
irlln‘ 芯數(shù) m n
LBP4．B16—2 KVVP．500 4~1．5 3
6BHP．B16．1 KVVP一5oo 3x1．5 2 )( 3號(hào)主變保護(hù)柜
5BHP．B16．1 KVVP一5oo 3x1．5 2 × × 2號(hào)主變保護(hù)柜
圖4 5309開(kāi)關(guān)柜端子接線圖
由圖4可見(jiàn)，端子)【5：21與x5：l22有到3
號(hào)主變保護(hù)柜的外部接線，且有保護(hù)動(dòng)作去跳進(jìn)
線的功能描述。)(5：21端子遠(yuǎn)端與保護(hù)屏3．41M
端子相連，本端與AR51：6X一13端子相連，
X5：22端子遠(yuǎn)端與保護(hù)屏3—4IM5端子相連，本
端與硬壓板X(qián)LP6：2相連。
根據(jù)5309開(kāi)關(guān)柜端子接線圖，修改JFZ一13T
型組合操作箱控制原理圖，結(jié)果如圖5所示。
保護(hù)電量 一保后備護(hù) 一保后備護(hù) 一
3．4D4 lx7—7 7__K
／
J3 lx7
— 8 一 nd 1TBJ
— — — —
ss×-_ 卜 ss耍 CSC．336B1 1TXJ
一 ， ‘ 一 一4 CSC 10 kV
． 326GH(1)i B18
z一- 一s 6。羅2一 一 CSC一326GH(2)! 操作
s一 一 7。 s
一 一z
i 機(jī)構(gòu)
CSC．326GL !
： TBJ
： ／
AR51：6X 13 ／ AR51：6X一14 XLP6 ；
X5．2l ?-Q ? ? ? ：／ ? ? ? ·Q ? ?a== ?0 X5．22
出口2
圖5 修改后JFZ．13T型組合操作箱控制原理圖
圖中出口2節(jié)點(diǎn)為5309開(kāi)關(guān)柜綜保裝置
CSC一21 1保護(hù)動(dòng)作開(kāi)出節(jié)點(diǎn)，當(dāng)保護(hù)動(dòng)作時(shí)，出
口2節(jié)點(diǎn)由常開(kāi)變成常閉。由此可解釋，當(dāng)對(duì)
5309開(kāi)關(guān)柜進(jìn)行速斷保護(hù)試驗(yàn)時(shí)，出口2節(jié)點(diǎn)閉
合，XLP6硬壓板在投入狀態(tài)，使1TXJ繼電器得
電，503開(kāi)關(guān)柜跳閘，回路導(dǎo)通，503開(kāi)關(guān)跳閘。
1TXJ無(wú)源節(jié)點(diǎn)閉合，CSI．200EA型主變測(cè)控裝置
上送3號(hào)主變測(cè)控1O kV跳閘信號(hào)，與現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)關(guān)
柜動(dòng)作情況及保護(hù)事件信息上傳情況完全相符。
為了驗(yàn)證上述原因的正確性，運(yùn)行人員進(jìn)行
了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，試驗(yàn)步驟如下：
1)解開(kāi)x5：21、)【5：22、3．4D4和3．4D45
4個(gè)端子外部接線，采取線芯一端接地，測(cè)量另
一端對(duì)地電阻的方式進(jìn)行校線，以確認(rèn)X5：21
端子遠(yuǎn)端與保護(hù)屏3—4D4端子相連、x5：22端
子遠(yuǎn)端與保護(hù)屏3．4D45端子相連的正確性。
2)將503開(kāi)關(guān)在試驗(yàn)位合閘，對(duì)5309開(kāi)
關(guān)柜再次進(jìn)行速斷保護(hù)試驗(yàn)，幾乎在5309跳閘
的同時(shí)，503開(kāi)關(guān)跳閘，CSI．200EA型主變測(cè)控
裝置上送3號(hào)主變測(cè)控10 kV跳閘信號(hào)。
3)解開(kāi)5309開(kāi)關(guān)柜面板上的XLP6硬壓
板，再次進(jìn)行速斷保護(hù)試驗(yàn)，結(jié)果5309正常跳
閘，503開(kāi)關(guān)未動(dòng)作，CSI．200EA型主變測(cè)控裝
置也未上送3號(hào)主變測(cè)控10 kV跳閘信號(hào)。
由此可以確認(rèn)，3號(hào)主變低壓側(cè)開(kāi)關(guān)跳閘是
由所用變壓器速斷保護(hù)引起的聯(lián)動(dòng)跳閘。
設(shè)計(jì)院在繪制主變保護(hù)跳閘原理圖時(shí)未畫(huà)出
圖5中虛線所示的聯(lián)動(dòng)跳閘接線部分，施工單
位在施工過(guò)程中按端子接線圖接線，在出終版圖
紙時(shí)，未完善上述原理圖缺失的內(nèi)容。上述的設(shè)
計(jì)缺陷和施工缺陷致使變電站運(yùn)行人員在不知所
用變開(kāi)關(guān)柜與主變低壓側(cè)開(kāi)關(guān)柜存在聯(lián)動(dòng)跳閘邏
輯關(guān)系的情況下，對(duì)所用變壓器進(jìn)行保護(hù)傳動(dòng)試
驗(yàn)，造成主變低壓側(cè)開(kāi)關(guān)跳閘。所幸的是，在當(dāng)
時(shí)的系統(tǒng)運(yùn)行方式下，503開(kāi)關(guān)跳閘事故未造成
10 kV nl段母線失電，對(duì)生產(chǎn)未造成影響。
4 措 施
所用變壓器開(kāi)關(guān)柜與主變低壓側(cè)開(kāi)關(guān)柜在設(shè)
計(jì)中存在聯(lián)動(dòng)跳閘的邏輯關(guān)系，即所用變壓器開(kāi)
關(guān)柜故障跳閘時(shí)，主變低壓側(cè)開(kāi)關(guān)柜會(huì)同時(shí)跳
閘，可通過(guò)摘除圖5中XLP6硬壓板解除兩者的
邏輯關(guān)系，以防因所用變壓器故障造成主變低壓
側(cè)開(kāi)關(guān)跳閘，10 kV 111段母線失電，導(dǎo)致2 230
mm冷軋生產(chǎn)線非計(jì)劃停機(jī)，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。
5 結(jié) 語(yǔ)
對(duì)于鋼鐵企業(yè)來(lái)說(shuō)，110 kV變電站所用變
壓器故障聯(lián)跳主變低壓側(cè)開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)原理是存在
缺陷的。所用變壓器故障時(shí)，10 kV中性點(diǎn)經(jīng)小
電阻接地變成了不接地，影響供電系統(tǒng)的安全運(yùn)
行，有必要及時(shí)切除接地系統(tǒng)故障段母線，但突
然斷電會(huì)造成生產(chǎn)線非計(jì)劃停機(jī)，從而造成不可
估量的經(jīng)濟(jì)損失。權(quán)衡利弊，當(dāng)小電阻接地系統(tǒng)
出現(xiàn)故障時(shí)，生產(chǎn)線可以事先準(zhǔn)備，計(jì)劃停機(jī)，
然后再切除故障段母線，保障供電系統(tǒng)安全運(yùn)
行。因此，解除所用變開(kāi)關(guān)柜與主變低壓側(cè)開(kāi)關(guān)
柜聯(lián)動(dòng)跳閘的邏輯關(guān)系是正確的。
編輯／高東梅 英文校對(duì)／劉清梅

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