泵站电气中易被忽视的安全隐患分析与防范

2015-01-26朱端来,杨晓芬

中国水能及电气化 2015年3期

泵站电气中易被忽视的安全隐患分析与防范

朱端来，杨晓芬

(江苏省骆运水利工程管理处，江苏宿迁223800)

摘要：本文简要分析了新建或更新改造的泵站，特别是大中型泵站电气存在的电流互感器的二次测量与保护绕组接错、二次绕组有多个抽头的电流互感器未用的二次绕组误短接、不同功能的过电压保护器装配错误、微机保护使用及维护不当、开关合闸闭锁电磁铁未充分利用、电气设备选型错误、电气设备装配错误等易被忽视的安全隐患，指出了这些安全隐患的危害，提出了相应防范措施，提醒有关人员在验收检查中引起重视，以防范此类安全事故在运行中发生。

关键词：泵站电气；易被忽视的安全隐患；危害分析；防范措施

中图分类号：TV675

Analysis of Safety Hidden Danger Easily Neglected

in Pumping Station Electricity and Prevention

ZHU Duan-lai, YANG Xiao-fen

(JiangsuLuoyunWaterConservancyProjectManagementDepartment,Suqian223800,China)

Abstract：In the paper, newly-built or renovated pumping stations are briefly analyzed, especially some easily neglected safety hidden dangers in large and medium-sized pumping station electricity, such as current transformer secondary measurement and protection winding wrong connection, secondary winding wrong connection of unused current transformers with many tapping heads in secondary winding, wrong assembly of voltage protector with different functions, improper use and maintenance of microcomputer protection, insufficient utilization of switch closing latching solenoid, wrong model selection of electrical equipment, wrong assembly of electric equipment, etc. Harm of these safety hidden dangers is proposed, corresponding preventive measures are proposed, related personnel should be reminded for arousing enough attention in acceptance inspection, thereby preventing such safety accidents in operation.

Keywords：pumping station electricity; easily neglected safety hidden danger; harm analysis; prevention measures

1概述

随着我国水利事业的快速发展和现代化建设步伐的加快，越来越多的大中型泵站正在紧张有序地建设和更新改造中。笔者经历了南水北调东线一期工程、江苏省的江水北调等多个新建和更新改造泵站的电气设备交接试验和试运行工作，及运行后的预防性试验和故障检查工作，发现了一些设计、安装等方面的安全隐患，有的在交接试验或试运行中被发现，有的在运行多年后才被发现，有的可能还一直存在着。这些安全隐患隐蔽性较强，常规检查中不易发现。在此，笔者把这些安全隐患分类罗列出来，分析原因及危害，总结相应防范措施，以提高泵站，特别是大中型泵站的安全生产运行，发挥更大的工程效益。

2泵站电气中易被忽视的安全隐患分析

2.1电流互感器二次绕组接线错误

2.1.1电流互感器的二次测量、保护绕组接错

高压电流互感器一般都具有2个或2个以上的二次绕组，这些二次绕组分别绕在不同的铁芯上，分为测量绕组和保护绕组。两者主要区别是：测量绕组一般是按照正常运行条件下设计的，铁芯截面小，饱和倍数低，在正常运行条件下测量精度较高，一般为0.5级，一旦超出范围，铁芯很快饱和，二次电流不会按比例上升，可保证二次绕组所接仪表的安全；保护绕组是按照设备故障条件下设计的，铁芯截面较大，不容易饱和，在设备故障情况下电流达到额定电流的几倍或几十倍都能保证测量的精度(精度相对较低)，确保继电保护准确、可靠动作。如果电流互感器的二次测量、保护绕组接反了，将对测量与保护接错产生两方面后果：一是对测量产生的影响。因测量接入保护绕组，一方面，测量等级降低了，达不到测量精度要求；另一方面，因电流互感器保护用电流要达到几十倍的额定电流才能饱和，当一次设备发生短路故障时，导致测量用仪表的指针变形，若是电子测量装置，瞬时冲击电流可能对电子元件产生破坏作用。二是对保护产生的影响。因保护接入测量绕组，当一次设备发生短路故障时，测量绕组铁芯迅速饱和，二次电流达不到继电保护装置所要求的动作电流而拒动。

可见，电流互感器的二次测量、保护绕组错用将导致严重后果，必须引起足够的重视，在南水北调泵站电气试验过程中，就发现皂河抽水站、沙集抽水站等多个泵站存在这样的问题，有的已经运行多年。

2.1.2二次绕组有多个抽头的电流互感器未用的二次绕组误短接

所谓二次绕组有多个抽头的电流互感器就是电流互感器设置1个一次绕组，其二次绕组为1个分别在其适当匝数(位置)上接出若干抽头的绕组，以此来满足不同变比的要求。使用时根据实际对变流比的要求，选用适当的接线桩头(抽头)进行接线，其余未用上的抽头不可作短接处理，一旦作短接处理，这些短接绕组就和已用的绕组并联，短接的绕组将分流一部分电流，致使流过测量仪表或继电保护装置的二次电流比实际电流要小，从而导致不能真实反映一次侧负荷电流的实际情况，测量结果必将产生极大的负误差；若用作继电保护，则将会造成一次侧发生事故(如短路等)时，使应该动作的继电保护装置产生拒动故障。此外就是这类电流互感器经如此接线后，其变流比会成为一个变数，变流比会随着一次负荷电流的变化而变化，而且其值始终要比正确接线时的变流比大。

此类事例，笔者在泵站试运行时多次发现过，如南水北调泗阳站主变进线GIS开关内的电流互感器就是二次绕组有多个抽头的，厂家出厂时把其中的B相其余不用的二次绕组短接了，导致主变带负载后差动保护动作，经处理后，一切正常。

因此，对二次绕组有多个抽头的多变比电流互感器，安装接线时千万要注意，决不可将没有用到的接线抽头作短接处理，安装接线时，一定要认真阅读产品说明书，弄清楚所采用的电流互感器的结构是二次侧有多个绕在不同铁芯上的绕组，还是一个具有多抽头的单独绕组，之后再进行安装接线，即可防止以上错误接线的发生。

2.1.3差动保护二次电流回路接地方式错误或接地不可靠

差动保护的二次电流回路接地时，包括各侧电流互感器的二次电流回路必须通过一点可靠接于接地网。因为一个变电站的接地网各点并非绝对的等电位，在不同点之间有一定的电位差，当机组启动或发生短路故障时，有较大的电流流入接地网，各点之间将会产生较大的电位差。如果差动保护的二次电流回路在接地网的不同点同时接地，地网中的不同接地点间的电位差产生的电流将会流入保护二次回路，这一电流将可能增加差动回路中的不平衡电流，使差动保护误动作。还有一种情况就是各侧电流互感器的电流回路的N线都被引到同一点接地，但是其中的一侧或多侧接地不可靠或未接，也将导致差动保护误动作，原因与上述类似。

差动保护二次回路接地的要求是:各侧电流互感器的二次电流回路并联后接到保护装置的差动电流回路中，所有的二次电流回路必须也只能在并联处的公共点一点接地，以免因在不同接地点间产生的电流影响差动保护动作的可靠性。

南水北调皂河二站1号主机启动时经常出现差动保护跳闸问题，2013年4月，现场检查二次接线后，发现主机中性点差动用电流互感器二次引到开关柜的N线未接地，导致首尾N线电流产生电位差，特别是机组启动时差流就越大，当大到超过差动整定值后就动作跳闸，这也是在启动时差动保护经常跳闸的原因。现场把主机尾端的电流互感器二次N线在开关柜内与首端的N线进行了统一接地，到现在为止未出现差动保护误跳闸现象。

2.1.4电流互感器二次绕组极性接线错误

在连接继电保护(如差动、功率方向继电器)、有功和无功功率表、功率因数表、电能表计时，只有电流互感器的极性连接正确，保护装置才能动作正确，仪表才能显示正常。否则，将会引起带上负荷后差动保护误动，功率方向继电器在保护方向上拒动，有功和无功功率表、功率因数表反指，有功和无功电能表反转。这些情况在试运行中或运行中经常发现，其实都是在交接验收时没有进行仔细检查的结果。

2.2电气设备选型错误

笔者在预防性试验中，经常发现多个泵站电气设备选型错误。其中大部分是避雷器选型错误，一是系统电压6kV避雷器，经常被错误选用系统电压为10kV的避雷器；二是电机中性点避雷器额定电压经常按照电机额定电压选配；三是电站保护用避雷器经常被错误选用为配电保护用避雷器。这样将会导致避雷器起不到有效的过电压保护作用，对泵站所保护的设备造成绝缘损害甚至击穿。

2.3微机保护选型错误

不少泵站兼有反向排水发电的功能，机组发出的电(频率一般为25Hz、30Hz等)通过变频机组发电上网，这时的主机保护装置就要有不同频率的设置功能，否则不在保护装置设计的频率下运行，所采集的电流、电压等信号测量值与实际值将产生明显的误差，不同的保护装置产生的误差不同。南水北调刘老涧二站发电时就遇到测量严重不准的问题，其主机发电频率是30Hz，后来保护厂家对保护软件进行了更改，使用抽水、发电两套软件，不同工况需要人工切换，现在一切正常。因此当遇到不是工频或者多个频率的电源情况下，要对有关的设备进行频率影响设计和选型。

2.4电气设备装配或设计错误

电气设备装配错误主要发生在过电压保护器方面，我们知道，过电压保护器一般分为电站型(保护对象为线路、变压器、母线等)、电机型、电容型、电机中性点型等几种，分别保护不同的对象，不可以混装。然而在实际安装过程中，除电机中性点过电压保护器外，同一个厂家生产的过电压保护器外形几乎相同，如果安装不仔细核对，就有可能装错，达不到对不同设备绝缘等级的保护作用，易造成设备绝缘损伤或击穿，如南水北调皂河二站开关柜厂家把线路用的和电机用的过电压保护器混装了。

在设计时，由于考虑不全，把设备的安装位置设计错了。如二级坝泵站，主机是通过变频调速的，每台主机有3个开关控制，依次是主机进线开关(电源频率为固定50Hz)、变频器进线开关(电源频率为固定50Hz)、变频器出线开关(电源频率为可变频率)，原设计把主机保护装置安装在主机进线柜上，这个没有错误，错误就是主机保护装置中的差动保护两侧电流输入，首端电流来自主机进线开关柜中的CT，尾端电流来自主机尾端的CT(电源为可变频率)，两侧的电流频率不同，相位也不一定相同，还有微机保护运行时只能按照其设计的频率运行，其他不同的频率输入将会产生偏离实际值的数值，最终导致试运行时主机差动动作，无法启动运行，最后只好退出差动保护，主机运行的危险性将增加。解决的办法是将首端电流接到变频器出线开关柜中的CT，同时首尾两端CT的特性要尽量一致，因为低频时CT的测量精度要降低。

2.5微机继电保护使用不当

现在新建或更新改造的泵站几乎都应用微机继电保护装置(简称微机保护)，它比以前的继电器保护、晶体管保护、集成保护的功能强大很多，实现了用数字控制(微型计算机)取代模拟控制，通过微型计算机软件实现了以前无法实现的多个保护、控制功能，数据采集更精确，保护功能更强大、更可靠，保护原理更科学，人机对话更方便等。然而，由于我们对微机保护这种设备还不熟悉，导致在微机保护的使用等方面存在一些问题。

2.5.1未充分发挥微机保护功能

现在的微机保护装置集测量、保护、控制于一体，主要的保护功能种类包括电动机保护的差动、速断、过流(包括正序、负序过流)、过负荷(包括定、反时限过负荷)、热模式过负荷、机械堵转、过电压、低电压、低频减载、温度保护、开关量保护、机组启动保护等。然而我们的使用还停留在以前的继电保护方面，只是简单地套用原来的保护配置，热模式过负荷、机械堵转、温度保护、机组启动保护等一些新的保护功能都被关闭了，大大浪费了资源，同时，也减弱了保护作用，对设备存在一定的安全隐患。

2.5.2保护整定不合适

微机保护定值整定和以前的继电保护有很多不同的地方，主要表现在电流、电压等返回系数大大提高，都达到0.95及以上，几乎接近于1；固有动作时间越来越小，上下级保护动作时间级差可以整定到0.2～0.3s，这就要求我们要重新核定以前的保护定值，使保护动作更灵敏、更快速，在设备故障萌芽状态即切除电源，保证设备受到最小伤害。

笔者在做微机保护试验过程中，发现很多泵站定值整定都还停留在以前的模式中，没能发挥微机保护的优势，一旦发生故障，设备将受到严重损伤，事故范围将进一步扩大，造成更大的损失。

2.5.3运行管理维护不当

由于微机保护人机对话界面较友好，运行值班人员等都可以通过面板上按钮或键盘进行操作，但是有不少人员对微机保护装置操作不熟悉，特别是国外进口的部分保护装置还是英文界面，容易进行误操作、误修改等，导致保护误动或拒动，笔者在试验中经常发现此类事件，建议管理单位加强微机保护管理工作，采取专人管理、密码管理等措施。

2.6电气设备连接处存在压接松动、虚压、虚焊等问题

电气设备的电气连接通常分为电气一次回路连接和电气二次回路连接。

2.6.1电气一次设备连接存在的问题

电气一次设备一般通过母排、电缆等连接，由于泵站负荷较大，要求必须压接紧固，否则会出现连接桩头发热，甚至出现连接桩头烧毁事故，笔者在预防性试验中经常发现断路器、电缆等连接桩头表面烧黑、变色现象，严重影响泵站运行安全。

2.6.2电气二次设备连接存在的问题

电气二次设备一般通过各种连接端子、压接端子、焊接等连接，连接处较多，也是安全隐患较多的地方，主要表现在以下方面：

a.端子压接松动。常见的有端子烧毁，运行中控制、保护失效，造成失控、保护拒动等故障或事故。

b.端子虚压。常见的有导线接头绝缘剥除不够，安装时把部分绝缘也压进端子了，导致接触不良或根本不接触。

c.焊接不良或虚焊。常见的有焊接面处理不好(如焊接面脏污、氧化层未处理干净)或焊接工艺不够(如焊接温度太低、焊接材料使用不当)，长期运行会造成发热、接触不良等故障。

d.插接件问题。常见的有由于本身安装时焊接不牢、插头或插座内的导体未安装到位插入后无法接触到、插座压力不够及插座活动、接触不良、无法接触，或没有按照正确方法进行插拔、动作粗鲁野蛮等造成断路器中的航空插头、开关柜中的二次插头、仪表和保护的二次输入输出插头等经常出现问题。

e.电流互感器连接端子互相搭接，电流互感器的二次绕组引出端子之间距离很小，当连接导线时，如果导线位置调整不好，经常会和相邻导线的线插根部互搭，造成其间短路，引起测量不准和保护误动(如差动保护)或拒动。

2.7开关合闸闭锁电磁铁未充分利用

泵站的开关大多不带有合闸闭锁电磁铁，一般只能防止电气操作误合闸，而不能防止机械操作误合闸，这样存在一定安全隐患，特别是泵站用的高压同步电动机，正常要满足事故闸门全开、冷却水压力正常、励磁装置电源正常、励磁装置在工作位置等多个条件(统称允许合闸条件)后才可启动运行，否则将启动失败或发生事故。如果这些允许合闸条件不串接在闭锁电磁铁线圈中，而是按照常规直接串接在合闸线圈回路中，虽然允许合闸条件不满足时断路器电气操作不能合闸，但是断路器的机械操作照样合闸不误，不受任何条件影响，因为此时的闭锁电磁铁线圈被直接接上了控制电源(这种情况下，闭锁电磁铁线圈必须通电，否则允许合闸条件满足也不能合闸)，此时合闸闭锁电磁铁就完全失去作用。

3防范措施

3.1加强电气施工设计图纸的审核工作

对于新建或更新改造的泵站，要加强电气施工设计图纸的审查、核对、改进工作，组织建设单位、管理单位等相关专家、技术人员进行反复考察，论证，力求做到准确，重点审查设备的选型是否合适、设备的接线是否正确、设备的控制保护原理是否科学规范等。

3.2做好监督检查

电气设备的制造、安装质量和工艺，关系着泵站电气是否能够安全运行，因此，电气设备制造厂家和安装施工单位，要严格按照质量和工艺要求，认真做好每个环节；建设和监理部门加强监督检查工作，做到严要求，零容忍。

3.3做好电气设备到货后核对工作

电气设备到货后或安装结束后，建设单位要组织相关部门的技术人员，对设备进行详细检查和核对工作，特别要注意设备型号、接线等方面工作。

3.4做好电气连接端子重新紧固工作

在电气设备进行调试和试运行前，要对电气设备的一次和二次连接端子进行检查和紧固工作，特别是保护回路、跳闸回路的连接端子要重点检查和紧固。

3.5做好电气二次回路通电检查调试工作

电气二次回路的通电检查调试是检验其设计、安装工作是否正确，设备质量和性能是否达标的关键工作，检查调试要全面、认真、仔细，尽量模拟运行中出现的各种问题进行检验，达到检验的目的，特别要检查电流电压回路、保护跳闸回路、分闸回路等重要回路。

4结语