关于辽宁某电厂“6•17”变压器着火事故情况的通报
2018年6月17日,东北公司辽宁某电厂发生启备变、2号高厂变着火事故,随后紧急启动火灾事故应急预案,火势得到迅速扑灭,未造成人员伤亡和火灾事故扩大。现2号机组被迫停运,启备变无法备用。目前事故原因已基本查明,抢修工作正在进行,将有关情况通报如下:
一、电厂基本情况
辽宁某电厂装机规模为2 x 600MW国产超临界直接空冷燃煤机组。锅炉、汽轮机、发电机设备均为哈电公司制造。1、 2号机组分别于2012年和2011年通过168小时试运。
二、 事故发生前机组状态
2018年06月17日,朝阳地区降暴雨,下午16时,2 号机组负荷337MW,发变组出线为500kV电南线;1号主变和220kV电柳1号线间隔运行于220kV I母线,启备变和220kV电柳2号线间隔运行在220kV II母线,母联开关合位。2号高厂变带10kV工作2A段、10kV工作2B段,2号高公变带10kV公用01B段;2号高厂变有功功率27. 13MW; 高厂变绕组温度50.1℃,高厂变油面温度1点50. 5℃、温度2点47. 3°C,高厂变高压侧电流0.97kA; 1号启备变热 备用,有功功率0.44MW,高压侧电流0.98A,绕组温度33. 2°C,油面温度1 点 25. 2°C、温度 2 点 26. 4°C; 10kV工作2A段工作电源进线电流939A, 10kV工作2B段工作电源进线电流896A,10kV公用01B段工作电源进线电流368A; 10kV工作2A、2B段、10KV公用01B段快切装置正常投入。
三、变压器设备概况
辽宁某电厂启备变、高厂变为特变公司2010年产品.启备变为油浸式有载调压分裂变压器,型号为: SFFZ10-CY-70000/220, 额定容量:70000/42000-42000/23500kVA,额定电压和分接范围:(230 土 8 x 1, 25% ) /10.5-10. 5/10. 45kV ,额定电流: 175. 7/1924. 5A,绕组接线组别:YNyn0-yn0+d,冷却方式:ONAN/ONAF(70/100%)。高厂变为油浸式分裂变压器,型号为:SFF10-CY-70000/20,额定容量:70000/42000-42000kVA,额定电压和分接范围:(20±2x2.5%)/10.5-10.5kV,额定电流:2020. 7/1924. 5A,绕组接线组别:Dynl-ynl,冷 却方式:〇NAN/ONAF(70/100%)。
四、事故过程
16时09分,2号机组跳闸,首出“发电机故障”,检查发现启备变区域、2号高厂变区域冒烟着火。
16时10分,因着火处冒浓烟无法靠近,拨打火警119,通知化学值班员保证消防水系统正常运行。
16时10分,检查汽轮机转速下降,主机交流润滑油泵联启运行正常,密封油空侧交流油泵跳闸,空侧直流油泵联启.密封油氢侧交流油泵跳闸,氢侧直流油泵联启。就地检查柴油发电机联启运行正常。
16时10分,主机交流润滑油泵跳闸,直流润滑油泵联启正常。
16时11分,控制室DCS系统失电。
16时11分,确认着火设备为启备变、2号高厂变,再次拨打火警119确认已出警。
16时13分,就地开启真空破坏门,破坏真空紧急停机。
16时13分,通知脱硫值班员保证全厂压缩空气系统 运行正常。
16时17分,DCS系统电源恢复,确认汽轮机转速 1745r/min,1号顶轴油泵运行正常。
16时18分,启动主机交流润滑油泵、空氢侧交流油泵运行,停止主机直流润滑油泵、空侧直流密封油泵和氢侧直流密封油泵运行。
16时46分,汽轮机转速到零,投连续盘车运行。
16时50分,启备变、2号高厂变明火被扑灭。
五、保护动作情况及录波曲线分析
1.保护动作记录
现场调取保护动作记录,保护动作信息如下:
启备变保护A、B柜:启备变保护装置RCS-985T(南瑞继保)
16: 09:10:415 82ms变压器比率差动(启备变高压侧2200开关未动作)
660ms 高压侧过流II段
6063ms变压器差动速断启备变保护C柜:启备变非电量保护装置RCS-974(南瑞继保)
16: 10: 31: 976 本体重瓦斯
16: 1 0: 32: 079 本体轻瓦斯
16:11: 17: 948开关压力释放
16: 12: 12: 577 速动油压继电器
启备变保护A、B柜:短引线保护RCS-922A(南瑞继保)
16:10:30:895短引线差动保护动作(启备变高压侧2200开关跳闸)
发变组保护A、B柜:发变组保护装置RCS-985B(南瑞继保)
16: 09: 11: 608
22ms A厂变差动速断(2号发变组出口 5021开关跳闸)
30ms A厂变差动
360ms A厂变过流I段
812ms A厂变过流II段
发变组保护C柜:发变组非电量保护装置RCS-974(南瑞继保)
16:09:11:709高厂变压力释放
16:09:11:781高厂变重瓦斯
16:10:10:525高厂变轻瓦斯 NCS系统SOE记录:
16 :0 9 : 1 1 : 6 7 2 5 0 2 1 开 关 跳 闸
16:1 0:30:895短引线差动保护动作
16: 10: 30: 938启备变2200开关跳闸
2.故障录波曲线分析
2.1启备变故障录波曲线分析
(1)启备变低压B分支A相电压突然降低至0V,B、C相电压幅值升高,最大值分别达到14.68kV、14. 77kV, 伴随启备变低压B分支产生零序电流291A,判断发生A相 接地故障(图1 )。
图1
(2)间隔约100ms后,启备变保护A、B柜“变压器比率差动”动作,高压侧A、B、C三相产生故障电流,差动 未返回、开关无变位信息,判断启备变高压侧2200开关拒 动(图2)。
图2
(3)间隔约80ms,启备变低压B分支A、B相电流演 变为幅值相等、方向相反波形,判断已由单相接地故障发 展为A、B相相间短路故障(图3)。
图3
(4)间隔68ms,启备变低压B分支三相电压消失, 高压侧A、B、C三相故障电流持续,且幅值增大,判断启备变低压B分支已由A、B相相间短路故障发展为三相短路故障(图4)。
图4
(5) 发展为三相短路故障后,10kV2B段备用电源进线柜下部共箱封闭母线、PT及铜排、柜体烧损,产生大量 含有金属离子的导电气体,造成l0kV 2B段备用电源进线2102B开关绝缘受到破坏,并形成导电回路,导致故障电流流经启备变低压B分支共箱母线、10kV 2B段备用电源 进线2102B开关、10kV2B段母线、lGkV2B段工作电源进线2101B开关至2号高厂变低压B分支.
(6) 启备变低压分支零序过流未动作分析
启备变低压B分支零序动作电流一次值整定为40A, I段延时0.6s,II段延时0.9s,录波曲线记录的B分支零序电流持续时间仅约80ms,因未达到延时,故保护未动作。
(7)失灵保护未动作分析
根据辽调继( 201 1-2049 )号继电保护定值通知单,三相失灵相电流定值一次值为1875A,延时0.3s,启备变高压侧2200开关拒动后,启备变高压侧失灵相电流最大值为 1811A, 220kV母线保护(BP-2C)在接收到“主变2失灵解复压闭锁”、“03支路失灵三跳”、“和电流启动”后, 因未达到三相失灵相电流启动定值,故失灵保护未动作。另定值单中说明:“三相失灵电流定值躲过主变负荷后, 对1号启备变没有灵敏度”,故失灵保护未动作符合保护 动作逻辑。
2.2高厂变故障录波曲线分析
(1) 在受到低压侧三相短路电流冲击后,2号高厂变 低压B分支A、B相电流呈现幅值相等、方向相反波形,判 断低压B分支发生A、B相相间短路故障。
(2) 因发变组保护发“A厂变差动速断”,但现场检 查未在高厂变差动保护区内发现短路点,判断短路点位于高厂变本体低压侧.
(3) 高厂变本体低压侧发生相间短路后,高厂变高压 侧A、C相电流呈现幅值相等、方向相反波形,判断高压侧A、C相发生相间短路故障,触发“A厂变差动速断”,2 号发变组出口 5021开关跳闸,2号发电机解列(图5 )。
图5
2. 3启备变保护高压侧过流II段、变压器差动速断动作分析
因启备变比率差动、高压侧过流II段、差动速断相继 动作后,启备变高压侧2200开关拒动,导致故障电流持续增大,故在“变压器比率差动”动作后于660ms、6063ms 相继发出高压侧过流II段、变压器差动速断动作。
2.4启备变短引线差动动作分析
在故障电流冲击2号高厂变低压B分支时,启备变低压B分支与2号高厂变低压B分支形成瞬时环并,故障电流达到最大,导致启备变高压侧套管炸裂,A、B相套管引 线断裂,触发“短引线差动保护动作”后,启备变高压侧2200开关跳闸成功,故障电流切除。
2. 5发变组保护A厂变过流I段、A厂变过流II段动作分析
发变组保护“A厂变差动速断”动作后,2号发变组出口5021开关正确动作,同时启动厂用电快切装置,在发电 机励磁系统逆变灭磁的过程中,发电机仍短时提供电流,故在“A厂变差动速断”动作后于360ms、812ms相继发出 A厂变过流I段、A厂变过流II段保护动作。
2.6厂用电快切动作分析
发变组保护发“A厂变差动速断”后启动快切,高厂变A分支快切切换成功,因2B段备用电源进线失压,闭锁 了B分支切换,快切装置动作正确(图6 )。
图6
2. 7事故发展全过程
通过对保护动作记录、故障录波曲线、现场故障点的查看,分析事故发展顺序如下:
(1 )启备变低压B分支A相首先发生单相接地故障;
(2)启备变保护A、B柜发“变压器比率差动”(启备变高压侧2200开关未动作);
(3 )启备变低压B分支发展为A、B相间短路故障;
(4)启备变低压B分支发展为三相短路故障;
(5 )故障点扩展至2号高厂变低压侧;
(6) 2号高厂变本体受冲击引发内部短路故障;
(7)发变组保护发“A厂变差动速断”(2号发变组出口5021开关跳闸);
(8) 2号机组解列,发电机逆变灭磁;
(9) 2号机组10kV厂用工作段快切启动,A段切换正常,B段备用电源失压闭锁;
(10 )启备变短引线差动保护动作(启备变高压侧2200开关跳闸);
(11)故障切除。
六、事故原因分析1.故障点判断
因启备变低压B分支单相接地,且差动最先动作,判断故障点位于启备变本体至10kV 2B段备用电源进线柜CT下方,通过查看一次设备损坏情况发现,10kV 2B段备用电源进线柜下方共箱封闭母线接口位置烧损严重,下部PT及连接铜排烧损,柜体下部两侧烧熔形成孔洞,判断直接故障点位于2B备用电源进线柜下部共箱封闭母线至PT之间。
图7 10KV 2B段备用电源封母
图8 10KV 2B段备用电源进线柜
2.事故发生的直接原因
现场查看发现,位于10kV 2B段备用电源进线柜西侧墙上方,安装有消防排烟风机,直线距离约2米,风机进风口防火阀开启状态;查看1号机组10kV段相同位置,发 现通风机正在运行,防火阀打开状态,且为向内进风(设 计为向外排风),柜体上部有水痕,判断2号机组10kV段消防排烟风机事故发生前处于运行状态,正值暴雨天气, 导致雨水经排烟风机吸入配电间,经柜体顶部散热孔流入至下部共箱封闭母线内,引起10kV 2B段备用进线电源A相接地,是导致接地故障发生的直接原因。
3. 事故扩大直接原因
启备变差动动作后,因启备变高压侧2200开关拒动,又未达到失灵保护动作条件,导致故障点未能及时切除, 故障电流持续存在,是事故扩大的直接原因。
4. 启备变着火原因
因启备变高压侧2200开关拒动,故障电流持续作用于变压器本体及套管,高压侧最大值达到1811A,超出变压器额定电流数倍,持续时间达1分20秒,造成变压器内部油温、压力急剧升高,压力释放阀爆开,重瓦斯动作,高温油、气喷出,是导致启备变着火的原因。
5. 高厂变着火原因
当高厂变低压B分支与启备变低压B分支因2101B开关绝缘受到破坏形成环并后,低压侧瞬时故障电流最大值 达到8000A,对高厂变低压侧造成巨大冲击,因变压器自身的抗短路能力不足,造成变压器本体内部高压侧绕组发生短路,短路电流最大值达到16kA,内部压力剧增,油箱爆裂,油、气喷出起火,导致高厂变着火烧损。
6. 启备变高压侧2200开关拒动原因分析
电源、保护、开关、回路的检查试验情况如下:
(1) 对各保护装置按照保护定值单逐一加量校验,保 护、故障录波器均正确启动,模拟量显示正确.
(2) 对保护出口回路至分相操作箱、分相操作箱至开关本体机构箱回路进行传动试验,均正确动作;开关合位、跳位监视正确,保护开出失灵信号正确,非电量启动跳闸正确。
(3)对保护及控制直流电源进行检查,启备变高压侧 2200开关控制直流由2号机组110V直流系统供电,直流母线电压显示116V,各整流器工作正常。查看直流监控装 置发现,事故发生时直流监控装置有“直流母线绝缘降低”、 “1号电池组单体异常”告警记录(装置时间比实际时间滞后1小时45分43秒)。
图9
(4)对启备变高压侧2200开关液压储能装置检查, 油箱油位正常,无渗漏油现象,电机打压正常,油压、SF6 气体压力正常,压力闭锁装置正常。
(5 )对开关本体机构进行检查,各相机械构件和传动系统动作自如,无卡顿、卡涩现象。
(6)对开关分闸动作电压进行了测试,发现控制直流电压在72-110V时,开关正确动作率100%;控制直流电压在40-71V间时,正确动作率为81% (其中40 - 60V间 时,为73%, 40- 50V间时为67%);控制直流电压在33V及以下时,开关不动作;符合分闸线圈的动作特性。
图10
(7)保护出口至开关本体的控制回路电缆检查,未见异常,绝缘正常。通过检查、试验,各保护装置电源回路、保护启动回路、出口回路、分相操作箱、本体机构箱均无异常,保护带开关传动时,开关均能够可靠动作,仅控制直流电压在33-71V之间时开关不能够可靠分闸,存在一定的拒动几率,且随电压的降低,拒动几率升高;同时,在故障发生期间,直流监控装置有“直流母线绝缘降低”、“1号电池组单体异常”告警记录。基于上述两点,在开关执行保护跳闸指令期间,是因直流母线电压低,导致开关未能可靠分闸,而直流母线电压及各馈线支路直流电压测点仅供后台监视,并未接入SOE、故障录波装置,无法通过调阅历史曲线或录波文件,查到故障时直流母线电压具体数值。
7. 直流母线绝缘低原因分析
在故障发生时,2号机组10kV 2B段工作、备用进线以及PT柜瞬间被短路弧光烧损,柜内保护、控制直流电缆全部起火,同时发生多处短路并伴随接地,引起机组110V直流母线绝缘降低,随着故障的扩大,变压器起火,本体区域的瓦斯继电器、压力释放阀、油压继电器、绕组温度等电缆也均被烧损,导致直流母线绝缘降低持续。
8. DCS系统失电原因分析
DCS共两个电源柜,分别由UPS、机组保安段供电,两个电源柜同时给DCS各控制站供电。机组跳闸后,由于无备用电源,保安段首先失电,柴油发电机启动过程中UPS 由220V蓄电池供电,因各直流油泵同时联启造成蓄电池端 电压下降至176V,低于UPS直流输入额定电压的85%, UPS闭锁,最终导致DCS系统两路电源全部失去,系统失电. 柴发启动完成后,保安电源恢复正常,DCS系统恢复供电。
七、事故暴露的问题
1. “春检”工作执行不力,隐患排查不深入
“春检”期间执行集团公司、东北公司隐患排查治理要求不到位。辽宁某电厂2018年春检实施方案中,特别提到检查母线室、电缆沟、配电箱、端子箱防雨,消防报警系统、消防设备、消防器材等各类消防设施的排查与保养, 却未能在春检工作中排查出配电间消防排烟风机反转、变压器区域火灾报警信号在集控室外,导致隐患依然存在。
对大风、暴雨等异常天气事故预想不足,人员责任心、 执行力不强,对配电间、电子设备间等重要设备的重视程度不足,应急防范措施执行不力,对存在的安全隐患检查不细致、不到位。
3. 技术监督工作开展不规范、不全面
机组220V蓄电池存在漏液、电极腐蚀、试验超期现象, 启备变非电量保护没有开展定检,技术监督标准执行不规范,项目开展不全面,技术监督三级网络未能发挥作用. 由于蓄电池监督工作的缺失,导致隐患没有及时发现并治 理,造成事故发生时UPS、DCS、发变组故障录波器的相继失电,事故影响范围扩大,给安全生产带来极为不利的影响。
4. 设备巡回检查执行不到位
运行、维护人员的日常巡回检查工作执行走过场,以巡检签字为目的,未真正关心设备的运行状态,工作流于形式,人员工作责任心不强,制度执行打折扣。运行、维护人员相结合的高频次巡回检查均没能发现设备的非正常工作状态,为事故埋下隐患。
5. 设备管理风险意识不强,存在欠修现象
升压站220kV开关厂家说明书中提到“断路器现场应按规定程序定期维护”,其中明确要求每1至2年、每5年的检查维护项目,但自2012年后仅开展过预防性试验, 未按厂家说明书要求进行定期维护,设备管理工作存在缺 失,检修项目策划不全面,存在欠修现象,设备可靠性无法得到保障。
6. 培训工作存在不足,人员技术水平有待提高
在进行事故调查和原因分析过程中发现,从事继电保护相关工作的技术人员,对保护原理、故障分析相关知识的掌握存在局限性,人员责任心不强,对专业技术工作缺 乏热情,专业技术培训工作未能满足工作需要,人员技术水平较岗位需求尚存差距。
八、东北公司预防事故重复发生的措施
1. 严格设备隐患排查和治理
在落实各级安全生产要求时,要明确相关工作责任和具体工作标准,加强落实贯彻情况的检查指导和督促,防止出现贯彻执行相关要求过程中的责任缺失。继续结合本次事故暴露的问题,组织所属单位开展排查工作,具备条件的要及时整改,暂时无法整改的必须落实有效风险防范 措施,并通过完善管理制度,修改相关规程,切实做好安全风险控制,针对引起本次接地故障的轴流风机,辽宁某电厂已完成对全厂各建构筑物轴流风机的隐患排查,累计排查78处,共发现4处反转,并已落实整改,东北公司域内其他单位也在事故发生后组织开展相关自查工作,近期即可完成。
2. 加强火灾报警系统维护管理
定期开展报警、联动试验,确保各消防分区报警系统可靠;组织集控人员全面了解各报警分区分布,熟悉各区域消防报警信号在消防控制主盘中的位置,并作为运行人员的一项定期工作持续开展;将生产各区域所有报警信号均在消防控制主盘提供声光报警,辽宁某电厂已将变压器区域的报警信号进行了整改,其他区域通过排查试验持续完善。同时,东北公司在所属单位中全面排查消防集中报警情况,加大消防设备维护治理力度,提高抵御火险能力。
3. 强化技术监督工作执行力
严格技术监督管理,工作开展遵章守矩,项目执行不打折扣,规范设备健康档案,通过完整的历史数据分析,保障设备健康状态。本次事故中因机组动力220V蓄电池容量不足引发的其他设备失电,存在事故扩大的安全隐患, 后续除全面评估直流系统的状态外,探寻进一步提高UPS、 故障录波装置供电可靠性的方法,如发变组故障录波器改直流110V供电、UPS系统电源采取临机互备。
4. 积极开展设备风险评估工作
积极开展设备风险评估工作,检查各专业日常技术管理和技术监督执行落实情况,针对不符合项进行完善整改。完善各专业试验项目及报告,在注重设备检修、试验、运行等基础数据收集整理的同时,进行系统性分析总结,不 断提高设备管理水平和专业技术人员分析问题能力。对机 组控制、动力蓄电池开展核对性充放电试验,对不满足要求的及时更换或改造,暂时不具备条件的要科学评估并采取有效的防范措施,目前辽宁某电厂正在开展蓄电池相关试验。
5. 加强设备、技术管理和培训工作
重点抓好曰常基础管理工作。在设备检修管理中,做好机组运行和设备分析,在依据设备厂家说明书、检修导则、日常缺陷运行情况分析的基础上,注重同类型机组经验反馈,保证检修项目策划的完整性6结合各专业规程和技术标准完善和学习,强化日常技术管理基础和人员培训, 搭建专业技术交流平台,激发工作和学习热情,建立有针对性的考核、激励机制,促进各级生产管理人员岗位履职技能水平的提高。
6. 加强事故事件管理,注重经验反馈
完善事故事件管理,通过事件分析,充分发现设备和管理存在的不足,在重视产生后果事件分析的同时,也要收集曰常未产生后果的异常情况,并组织分析。本次事故中由于2200开关的拒动引发了严重后果,各级专业技术人 员应总结事故经验教训,收集并学习同类事故案例,开展对比分析,强化自身专业技术水平的同时,利用好事故事件的经验反馈和闭环机制,不断提升设备管理和技术管理水平。
九、相关工作要求
1. 立即对配电间、共箱母线进行全面排查。目前正值汛期,各单位要立即组织对配电间、共箱母线的防雨情况 进行排查,重点检查配电间消防排烟风机是否反转,门窗、屋顶、墙面是否有渗漏,共箱母线和电缆封闭是否严密, 发现问题尽快整改。
2. 加强蓄电池组、直流系统的日常维护和试验。各单位要加强对蓄电池组的维护,定期开展蓄电池组核对性充 放电试验,验证蓄电池组容量,对容量不足、试验不合格的蓄电池应及时更换。同时,要核对保护装置的直流电源配置和接线方式是否符合规程要求。
3. 要全面核对保护定值和保护回路的正确性。各单位要对全厂重要电气设备保护定值和保护回路的正确性进行核对,对启备变保护等超期未检验的设备,立刻安排保护定检,并完成保护装置带开关传动试验,发现问题及时处理,并做好记录。
4. 要规范开展电气预防性试验。各单位要制定变压器、高低压断路器等电气设备预防性试验实施方案和措施,明确试验时间及试验内容,按照《电气设备预防性试验规程》进行试验,试验项目应齐全、完整,对试验结果不合格设 备应及时消除缺陷,保证完好可靠。
5.要按规定对设备进行维护。各单位专业人员要熟悉重要设备生产厂家说明书所规定的周期、检查试验项目, 随机组检修计划合理安排检查试验项目,避免漏修、欠修、过修。
附件:辽宁某电厂电气主接线图
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