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工业硅电炉变保护装置烧坏原因分析及改进.pdf
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1、中国科技期刊数据库 工业 A 149 工业硅电炉变保护装置烧坏原因分析及改进 武荣强 承 志 新疆西部合盛硅材料有限公司,新疆 石河子 832000 摘要:摘要:工业硅冶炼是一种高耗能生产工艺,对电力的供应依赖性很强,在生产中如果出现供电中断会对工业硅的品质和成本造成很大的影响,同时对冶炼设备以及电极的寿命威胁也很大。通过对工业硅炉变压器 110kV 保护装置烧坏及炉变断路器跳闸现象进行分析,找出配电系统设备布局不合理、支撑绝缘瓷瓶容易积灰、设备接地下引线不科学、接地网接地电阻不合格、断路器二次控制回路敷设不合适等原因,并提出改进措施,保证了工业硅冶炼供电的可靠性。关键词:关键词:SF6 断路
2、器;保护装置;沿面放电;接地电阻;改进 中图分类号中图分类号:TF065 工业硅冶炼是一种高耗能生产工艺,对电力的供应依赖性很强,如果供电中断对工业硅的品质和成本造成很大的影响,对冶炼设备以及电炉电极的寿命威胁也很大。保证工业硅冶炼供电可靠性非常重要。某工业硅厂共有四台工业硅炉,其供电方式为110kV等级单回路供电,110kV母线采用单母线延长(架空母线通过隔离开关延长)方式:一条进线,五条出线(一条动力变压器出线,四条电炉变压器出线),电炉变压器型号:HKSFPZ-13000/110。室外变电所站内设备有:进线断路器、电流互感器、架空母线、电器互感器、动力变出线 SF6 断路器。110kV
3、母线采用 240/35 规格钢芯铝绞线经过站内高压隔离开关架空延伸至工业硅炉厂房外,再通过四台户外 LW38-126 型 SF6 断路器分别给四台电炉变供电。本厂供电一次系统图如图 1 所示。每条电炉变出线配置一套微机保护装置,保护器型号 DCAP-5300,微机保护装置安装在二楼控制室。断路器分合控制采用就地和二楼控制室两地控制。图 1 本厂供电一次系统图 1 事故现象 2021 年 3 月 2 日,当天大雾,能见度很低,空气湿度达 90%,给电炉变供电的户外 SF6 断路器及高压隔离开关瓷瓶拉弧绝缘沿面对地放电,造成 2#电炉变二次控制线路烧坏,2#电炉变 SF6 断路器跳闸,2#电炉变保
4、护装置烧坏,2#电炉停电停产 28 个小时。事故跳闸后,进行现场查看发现,强大的拉弧绝缘沿面放电电压经过 SF6 断路器本体对固定在底部柜框架上的分合闸控制箱进行放电,放电电压通过分合闸控制箱外壳传到箱内二次回路,造成分合闸控制箱内二次回路控制线烧熔,多根控制线对地短路,粘连在箱体外壳上。同时,放电电流经过二次线传到控制室保护屏上,造成保护装置背后接线端子烧熔,保护器烧坏,户外 SF6 断路器瓷瓶底座有大量拉弧放电痕迹如图 2所示。图 2 烧坏的分合闸控制箱和保护装置 中国科技期刊数据库 工业 A 150 2 原因分析(1)由于四台户外 SF6 断路器及高压隔离开关处在工业硅炉生产厂房、原料库
5、及自动上料皮带长廊之间,1#炉变断路器与 2#炉变断路器之间设置了运料走廊,使得 2#、3#、4#炉变的断路器完全被建筑物包围,平面布局如图 3 所示。通风不畅,运行环境条件很差,生产及原料传送过程中扬起的灰尘很容易积落聚集在瓷瓶伞裙的表面,减小了瓷瓶表面的爬电放电电阻。加之当天大雾,空气湿度大,瓷瓶表面周围空气绝缘强度下降,造成了瓷瓶爬电放电拉弧。图 3 户外 SF6 断路器及高压隔离开关平面布置图(2)我们用 HT2571 型接地电阻测试仪对站内接地网的接地电阻进行测试发现:SF6 断路器金属框架接地端子对地接地电阻 11,大大超过规范规定的 4值标准。交流电气装置的接地设计规范GB500
6、652011 规定,110kV 及以上发电厂和变电站接地网设计的一般要求:不接地、谐振接地、谐振低电阻接地和高电阻接地系统,应符合下列要求:1)接地网的接地电阻应符合公式 R120/I g 的要求,但不应大于 4。将断路器周围接地网挖开发现水平接地极已经严重腐蚀断裂。检查发现户外 SF6 断路器框架上的分合闸控制箱外壳接地螺栓有松动锈蚀现象。测试控制箱外壳接地端子对地接地电阻 11.3,也就是说,从控制箱到接地网下引线之间有 0.3接触阻值。本站户外SF6 断路器为三相分体式,每相 SF6 断路器瓷瓶底座用6 个 M25 的镀锌螺栓固定在金属型钢框架上部,框架本体经过接地断卡用一只 M12 的
7、镀锌螺栓与接地下引线(-40 的镀锌扁钢)相连入地与接地网相连。每相 SF6断路器瓷瓶底座有非常明显的拉弧痕迹。这可能是造成控制箱外壳高电压的主要原因。因我们没有条件和机会再次测当时的放电电压,但从设备拉弧痕迹、接地现状及接地电阻值来分析,当时的放电电压很高,电流很大,控制箱的对地电压至少超过上万伏。(3)检查控制箱内发现,控制箱内控制电缆芯线的绝缘层绝缘等级为 450/750V(相间耐压 750V,对地耐压 450V);剥掉电缆保护层的二次控制回路芯线没有放入塑料走线槽内,二次芯线的绝缘层直接与控制箱外壳相接触。这可能是造成放电电压经过箱体外壳击穿二次线绝缘的重要原因。(4)进一步检查控制室
8、保护屏发现,保护屏接地母排和零母共用,同时控制电缆的保护屏蔽层接到了零地不分母排上。控制保护屏安装在二楼电炉控制室,保护屏的保护接地经过厂房钢结构与大地相连,没有专用接地下引线。用 HT2571 型接地电阻测试仪在柜内接地端的接地电阻进行测试发现:接地端子对地接地电阻 8.4,超过规范规定的 4值标准,进一步说明设备拉弧放电,传到二次回路的电压远远超过设备的承受值。直流控制线与信号线共用一根电缆,造成了相互干扰。这可能是造成强大的拉弧击穿电流沿着二次线串入了保护器中,烧坏了保护器的原因之一。(5)控制回路二次线在现场分合闸控制箱内烧熔短路,提前接通了户外 SF6 断路器跳闸回路,引起 2#电炉
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