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10kv配电线路单相接地故障分析与处理方法,宁德

现场环境条件与设备设计要求的符合情况

单相接地,是电力系统发生概率最大的故障之一。笔者日常接触较多的是35 kV变电站10 kV配电线路,现结合工作中遇到的单相接地及分析处理情况进行分析探讨,以供参考。 1.单相接地故障的原因 根据电网布置的结构和地域环境的差别,10 kV线路发生单相接地故障的原因大致可以分为以下几类:①导线断线落地或搭接在横担上,同杆架设导线上层横担的拉线一端脱落,搭在下排导线上;②导线因风力过大,又与建筑物或树木距离过近发生碰线;③配电变压器高压绕组单相绝缘击穿或接地,配电变压器上的10 kV避雷器或熔断器绝缘被击穿,线路上绝缘子或分支熔断器绝缘击穿;④线路遭遇雷击;⑤鸟害;⑥配电变压器高压引下线断线;⑦导线上落挂飘浮物;⑧其他偶然事件或原因。 2.单相接地故障的危害 对设备的危害。单相接地故障,变电站10 kV母线上的电压互感器在开口三角形上产生零序电压,运行时间过长,会导致电压互感器损坏。故障还可能引起谐振过电压,对设备绝缘产生危害,绝缘被击穿后发生短路事故,造成变压器烧毁,进而诱发电气火灾事故。 对人身的危害。出现导线落地的单相接地故障,配电线路如果持续运行,则会造成近距离的行人,特别是线路夜巡人员发生跨步电压造成的电击伤人事故。 对供电可靠性的影响。排查故障和维修线路,需要对线路进行停电,这对供电企业来说,会直接影响其供电可靠性,特别是在农作物收割期,大风、雨、雪、夜间等恶劣情况下,以及山区、林区等复杂地形情况下,不利于查找和消除故障,会造成更长时间的停电,对供电可靠性有较大影响。 对电能量的影响。单相接地故障会产生大量的大地放电现象,是一种直接的电能损耗,如根据相关规定,配电线路接地运行2h,就会造成大量的电能损失。 3.真假单相接地故障的判断 电压互感器一相高压熔断器熔断不是接地故障。电压互感器高压熔断器熔断后,同样会发出接地告警信号。此时,变电运行人员可通过经验进行判断,如发生高压熔断器一相熔断时,熔断相电压降低,另两相电压不会升高,线电压会降低,这与单相接地故障的特征不同。 电压互感器中性点接地没有接好不是接地故障。电压互感器中性点接地没有接好,造成中性点电位漂移,导致三相对地电压失去平衡。这种情况在电压互感器投运时容易出现,通过检查端子箱或控制屏可以排除。 4.判断单相接地故障的方法和处理 利用小电流接地自动选线装置。变电站安装小电流接地自动选线装置,可以根据故障时的电压、电流信号对各条线路进行甄别,选出故障线路供运行人员参考。但在实际变电站接地选线应用中,会出现少量选线不准确的情况,此时我们应该更加注重选线装置和各个线路的零序电流互感器配合问题。 利用单相接地故障检测装置。随着技术的进步,为了减少接地故障的危害,在某些配电系统中,变电站配出线路开始使用信号源,位置分布分别在配电线路的开始处、中间以及末端处,指示器能够明确地指示故障的实际发生位置,方便检修人员更加迅速地处理故障。 故障后的处理。发生单相接地后,运行人员应做好记录,报告当值调度和有关负责人员,并按当值调度员的命令寻找接地故障。根据判断信号和故障特点,断开某条线路的断路器,接地现象消失,便可判断它为故障线路。找出正确的故障线路后,调度员通知检修人员查找故障点,消除缺陷。 5.接地故障的预防 严格按照周期巡视线路。巡视中重点检查导线与树木、建筑物的距离,杆塔是否有鸟窝,导线绑扎是否牢固,绝缘子固定螺栓是否松脱,横担、拉线螺栓是否松脱,拉线是否断裂或破股,导线弧垂是否过大或过小等。 定期试验。线路上的绝缘子、熔断器、避雷器等设备应定期进行试验,试验不合格的坚决不用,立即更换。 重要设备定期检查。对配电变压器等重要设备定期进行检查,不符合运行要求的应及时进行维修或更换。 分支线路上加装断路器。此项措施可以在故障时缩小故障范围,减少停电面积和时间,也有利于快速查找故障点。

电机零序报警和过流保护的设置选择

在当晚发生的异常中,另一台在运的SEC泵发生共因故障被切换后,采用中性点不接地配置的中压配电系统发生电压互感器与对地电容之间的谐振,并导致电压互感器损坏。

7月8日03:50,1号机组重新达临界。

一、福建宁德核电有限公司应尽快分析SEC泵供电开关熔断器C相未能正常熔断的原因,并开展必要的改进行动。

2019年7月31日

综上,调查组认为:佳木斯电机制造SEC泵电机所使用的老款绝缘子材料未能满足相关设计要求,在SEC泵房的环境下易于出现绝缘性能下降,导致两台SEC泵电机相继共因失效。宁德核电在此前SEC泵电机预防性维修工作中,未能深入识别绝缘性能频繁降级的深层次原因,是上述失效的促成因素。

在本次“应急母线LHA绝缘低报警”异常中,1号机组SEC系统3号泵电机发生C相单相接地,随即带故障两相运行了约24分钟,此后操纵员切除了该故障泵。但是,由于切换瞬间三相电压突变,中压配电系统对地电容与LGA母线电压互感器高压侧接地点形成放电回路,从而导致PT快速饱和,此时PT电感下降引发与对地电容的谐振现象,并最终导致PT损坏。

此后,机组根据SOP程序,向NS/RRA模式后撤,并于05:09手动停堆,现场开展1LHB检修工作。

福建宁德核电厂SEC泵电机的零序保护存在两种设置,一是动作于报警,二是动作于跳闸。电厂实际运行中,SEC泵电机综合保护装置通常将零序保护投报警位。除零序保护之外,综保装置还设置有过流保护和过负荷保护动作于跳闸,这两个保护在电厂FSAR文件中有相应描述。

在本次事件中,熔断器A相和B相正常熔断,但熔断器C相出现异常。熔断器C相未能正常熔断,且发生了电弧放电,是故障向应急母线扩展的主要原因。

调查组通过人员访谈、资料查阅和现场踏勘,认为发生本次事件的主要原因是SEC泵电机绝缘子材料在潮湿环境下绝缘性能下降,从而发生单相接地并引发相间短路故障;重要促成原因是SEC泵供电开关熔断器C相未正常熔断且发生电弧放电。上述两个原因叠加,导致SEC泵开关小室内空气绝缘下降,最终引发应急母线LHB三相短路并失电,使得SEC泵电机电气故障扩展至上游母线。

三、调查中的主要关注点

电压互感器发生谐振的情况

23:00,主控触发进线或母线PT故障/配电盘故障报警,但 1LGA/1LGB/1LHA母线电压恢复到6.4kV。现场检查发现1LGA配电盘有焦糊味,主控启动消防二级干预队和消防队。随后对配电盘隔离检修,发现电压互感器损坏。

现将事件调查报告印送给你单位,请排查是否采用了同批次或类似设备,并做好以下经验反馈工作。

一、事件过程

五、应会同设计单位进一步分析本次异常中核电厂中压配电系统电压互感器谐振相关情况,研究PT谐振的产生机理和应对措施,必要时优化改进核电厂相关设计。

本次事件大致可分为两个事件和异常。一是7月5日凌晨出现的1号机组重要厂用水系统4号泵电机进线接线盒接地短路叠加电机开关熔断器未能熔断,导致应急交流母线跳闸失电的事件。二是7月5日晚间出现的1号机组SEC系统3号泵电机进线接线盒接地故障,以及在切泵后中压配电系统出现谐振并进而导致电压互感器损坏异常。

7月6日23:18,1LGA母线完成检修送电。

第一起事件发生前,1号机组处于功率运行状态。

四、应进一步梳理和优化核安全相关设备的预防性维修程序,加强对设备性能频繁降级情况的识别,关注设备性能降级的深层次原因,提高设备可靠性。

针对事件中SEC泵电机故障向应急母线扩展情况,宁德核电将电厂SEC泵电机的零序保护由报警改为跳闸,提高母线及开关安全裕度。

269毫秒后,1LHB母线正常进线开关因过流保护动作跳闸。应急柴油发电机1LHQ启动,但因母线短路故障,柴油机无法接入,1LHB母线失电。主控操纵员根据报警卡执行SOP事故规程。

图片 1

福建宁德核电厂3、4号机组的SEC泵电机同样采购自佳木斯电机,但由于采购较晚,绝缘子已采用新型材料。根据调查中查阅的预防性维修记录,3、4号机组SEC泵电机维修后的绝缘性能鉴定试验情况优于1、2号机组。

本事件中SEC泵的配套电机采购自佳木斯电机股份有限公司。根据该电机的设备运行维修手册,电机运行期间的环境条件为:泵房内温度:-5℃~45℃;外部压力:970.6mbar~1037.1mbar;最大相对湿度:100%;空气质量:含盐空气;防水等级:喷淋;灰尘:大量。

上述绝缘子同样由佳木斯电机提供,采用不饱和聚酯纤维增强塑料4332压铸成型。根据《不饱和聚酯玻璃纤维增强模塑料行业标准》,上述材料的性能并不满足佳木斯电机于2009年10月1日发布的《绝缘子技术条件》企业标准要求—“4.4 绝缘子材料性能 吸水性≤20mg,浸水24h后绝缘电阻≥1.0×107MΩ”。

附件:主送单位名单

1SEC004PO泵电机的供电开关熔断器C相未正常熔断

根据本事件相关报警、数据分析和设备解体检修情况,SEC泵电机的绝缘子为故障始发部件,两台电机的绝缘子均出现了不同程度的放电烧损情况,现场分析认为其原因是绝缘子的绝缘下降导致爬电。

四、事件原因分析

本次事件处理过程中,电厂操纵员根据LHB失电报警卡进入SOP事故规程,及时向NS/RRA模式后撤,并在机组功率降低至P10以下后实施了手动停堆。调查组核查了事故规程执行记录,相关人员操作符合规程要求。

7月7日00:36,主控确认机组状态满足SOP退出准则,退出SOP事故程序。

事件发生后,宁德核电对两台故障电机实施了更换或修复;对故障开关和母线电压互感器进行了整体更换。

异常始发时间点为当晚22:19:35,1SEC003MO接线盒C相出现接地故障,主控触发单相接地和绝缘低报警。

2019年7月5日,福建宁德核电有限公司向国家核安全局口头通告一起0级运行事件:福建宁德核电厂1号机组“因应急母线LHB失电导致手动停堆后撤”。此后,由于该事件与1号机组当晚出现的另一起异常:“应急母线LHA绝缘低报警”存在共因失效,宁德核电在7月8日提交的正式通告中,根据《国际核与辐射事件分级手册》,将事件级别升高一级,界定为1级运行事件。

22:43,主控启动1SEC001PO、停运1SEC003PO,单相接地故障报警消失,但1LGA/1LGB/1LHA母线电压均下降至约6.0kV,并开始出现小幅波动。

调查组查阅了上述电机的维修记录,发现此前在预防性维修后的再鉴定中,该电机的绝缘、吸收比、极化指数多次出现不满足验收标准要求的情况。出现此情况时,电厂一般会使用压缩空气吹扫电机定子膛,并再次测量电机绝缘、吸收比和极化指数直至确定满足要求。调查组认为,上述预防性维修记录表明,在潮湿环境下,SEC泵电机绝缘子的绝缘性能出现了下降。

在初步分析认为故障电机绝缘子的绝缘能力低后,宁德核电及时开展经验反馈,对电厂2、3、4号机组各抽一台SEC泵电机实施检查,检测绝缘子性能。

2019年7月8日,福建宁德核电有限公司向我局通告宁德核电厂1号机组发生一起1级运行事件:“因应急母线LHB失电导致手动停堆后撤”。我局对此高度重视,立即核实情况并开展研究,认为尽管本次事件并无实际核安全后果,但可能存在设备共因失效,且可能其他电厂也存在类似问题。我局于7月9-12日组织专家赴福建宁德核电厂现场对该事件开展了独立调查和评价。

福建宁德核电厂1号机组的设计中,即使SEC泵电机发生相间短路故障,电机开关1LHB802中的熔断器以及综保装置的过流保护和过负荷保护均可隔离短路故障。

福建宁德核电厂1号机组“因应急母线LHB失电导致手动停堆后撤”运行事件独立调查报告

18:39,1LHB检修结束恢复送电。

三、应排查所采购电机绝缘子材料的使用情况,对制造材料为不饱和聚酯纤维增强塑料4332且在潮湿环境中使用的绝缘子,应尽快实施改造。

根据调查情况,本次事件原因为重要厂用水系统泵电机绝缘子和供电开关熔断器两处设备故障失效的叠加;电厂对事件的应对和处置是适当的;由于该事件与1号机组当晚出现的另一起异常存在共因失效,电厂按照国际核与辐射事件分级原则,将事件级别界定为1级是合理的。此外,本事件涉及同批次电机设备部件的材料失效,事件发展和处置过程较为复杂,在相关设备的制造运维、机组的运行操作等方面需引起采用同批次设备核电厂的重视。

本次事件发生后,宁德核电实施纠正行动,对SEC泵电机的零序保护由投报警改为投跳闸,以提高母线及开关安全裕度。调查组通过调研分析,并与设计人员沟通,认为福建宁德核电厂1号机组的中压应急配电系统为中性点不接地系统,在SEC泵电机发生单相接地故障时,设计中应允许SEC泵短时间带故障运行,以保证系统的整体功能,并给操作人员留出故障排查时间。

调查组认为:事故分析表明,1号机组中压配电系统中性点采用不接地方式,与PT谐振的发生存在一定的关系。相关单位应结合本次异常,进一步分析谐振产生机理,研究应对措施,必要时优化改进相关设计。

SEC泵电机故障始发部件相关情况

二、应进一步与SEC泵电机制造厂家开展沟通,研究改进电机结构,保证绝缘子日常检测和维修的可达性,并采取有效措施防止其绝缘性能降级。

二、现场处理情况

8月30日,国家核安全局发布了关于印发《福建宁德核电厂1号机组“因应急母线LHB失电导致手动停堆后撤”运行事件独立调查报告》的函,国核安函[2019]56号,详情如下:

调查组认为:电气保护系统中,熔断器的作用就是在故障发生时防止其蔓延,且通常被认为是高可靠性的保护设备,因此应确认其能够实现设计功能。本事件中,熔断器的故障模式较为少见,有必要进一步分析确认故障原因,并实施相应的排查和纠正行动。

国家核安全局

第二起异常发生前,1号机组处于NS/SG模式。

04:06:08,SEC系统自动切换至1SEC003PO运行。

调查组认为:鉴于电厂目前SEC泵电机绝缘子的绝缘性能和供电开关熔断器状况,将SEC泵电机零序保护由投报警改为投跳闸作为临时纠正行动是可以接受的,但应在相关设备隐患消除后尽快将零序保护恢复投报警,保证系统的整体安全性。

SEC泵房为非密闭的厂房内部空间,上述设备运行环境条件中,主要需对温度进行控制。福建宁德核电厂1号机组SEC泵房设置有DWS通风系统,可在泵房空气温度大于35℃时启动换气通风。机组运行中,主要根据DWS系统启动和报警信号判断泵房温度。本次事件发生时,DWS系统未触发报警,未出现异常环境状况。调查组认为:泵房现场环境满足SEC泵电机运行对环境的设计要求。

事件始发时间点为凌晨04:05:41,1SEC004MO接线盒C相出现接地故障,导致三相电压不平衡;5秒后,接线盒A/C、B/C相间出现短路。

尽管本次事件并未造成实际核安全后果,但考虑到事件原因可能涉及多电厂共性问题,国家核安全局立即成立了工作组,组织专家于7月9-12日赴福建宁德核电厂对该事件开展了独立调查。本次事件的根本原因分析报告将另行编写,调查基本情况如下。

宁德核电排查了全厂SEC泵电机绝缘子材料情况,对采用老款材料的全部SEC泵电机绝缘子实施更换,并在更换前用绝缘防污复合涂料进行喷涂处理。

此外,根据调查中电厂提供的一份函件,阳江核电有限公司曾向佳木斯电机发函询问该厂家生产的SEC泵电机绝缘子的凝露问题,佳木斯电机在回函中表示,“2012年,佳电对绝缘子材质改进优化进行了调研,为了进一步改善绝缘子的耐电压性能,会同供应商对绝缘子进行改进。现核电电机绝缘子是采用电气绝缘性能更优良的树脂基活性复合物DX[1969]材质浇铸而成。”

各相关单位:

14毫秒后,1SEC004MO进线开关熔断器A相和B相相继熔断,但熔断器C相未能正常熔断,随后在熔断器靠母线端发生三相短路,短路电流峰值为46kA。

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