目前,全国普遍存在电力紧缺的情况,在线路检修、错避峰和限拉电时,一部分用户利用自备发电机发电,增加了倒送电事故的概率。对倒送电事故的分析,有助于弄清产生倒送电的各种因素,找到相应的防范措施。
1 事故经过
2004年3月4日9∶50,某施工班在对图1中3 7号杆杆变调换熔丝时,因低压用户在未将厂内总电表箱内总熔丝和总开关拉开,直接将发电机接入车间配电箱内,造成发电机启动后将电倒送到杆变上,使工作员触电。 图1 事故时的电网接线图 有关参数如下:
(1)用户发电机:3相柴油发电机,功率为14.7ｋＷ。
(2)杆变铭牌:Ｓ9 400/10,容量为400ｋＶＡ,额定电压为10.5ｋＶ/400Ｖ,短路阻抗为4%,空载损耗为0.8ｋＷ,负载损耗为4.3ｋＷ,励磁电流为1.1%。
(3)线路参数:10ｋＶ线路Ｌ1、Ｌ2均为ＬＪ 120导线,阻抗为0.27+ｊ0.297(Ω/ｋｍ),Ｌ1长度为350ｍ,Ｌ2长度为1350ｍ。Ｌ3为熔丝具上桩头很短的一段ＪＫＲ 25绝缘铜导线,长为1ｍ,阻抗可忽略。低压线Ｌ4为ＬＪ 70,阻抗为0.46+ｊ0.315(Ω/ｋｍ),长度约为30ｍ。低压线Ｌ5为ＴＪ 35,阻抗为0.54+ｊ0.336(Ω/ｋｍ),长度约为30ｍ。
(4)用户负荷:用户发电机送上时,主要负荷为照明灯具以及几台电脑,估计约为600Ｗ。用户车间三相负荷均未来得及开启。用户负荷与倒送的低压线、杆变和高压线并联运行。
(5)整个倒送电回路上,共有4付熔丝(不含发电机自身保护),依次为:用户电度表后熔丝(100Ａ,属用户),进户总熔线(100Ａ,属电业),杆变隔离开关及熔丝箱低压熔丝(750Ａ),杆变高压熔丝(50Ａ)。
2 事故原因分析
该班员在调换熔丝时,先拔掉Ａ相熔丝具上端的绝缘导线头,将Ａ相断开,此时尚未触电。接着右手握住熔丝具,左手握住熔丝具上端Ｂ相绝缘导线头,并向上拔出线头后,发生触电事故。此时,Ｃ相导线头尚未拔出,熔丝仍在合上位置。 事故原因分析:该班员在拔掉Ａ相线头时,用户发电机没有启动。用户发电机之前多次试送均不成功,用户正在寻找原因。在拔掉Ｂ相线头后,右手握住熔丝具、左手握住绝缘导线头,这种状态持续几秒到十几秒或几分钟后,用户发电机恰巧此时突然启动,并试送成功。此时Ａ相断开,Ｂ相经过人体(右手—胸—左手)和左手握住的绝缘导线的绝缘层、以及Ｌ1、Ｌ2和接地线构成回路而发生人身触电,而Ｃ相则处在单相接地运行状态。从用户处看来,发电机试送成功,照明负荷正常。
3 电流计算
3.1 触电时通过人体电流的计算 考虑人体(右手—胸—左手)的电阻Ｒ人为1000Ω。Ｌ3长度为1ｍ左右,Ｌ3绝缘电阻约为100ｋΩ。杆变和导线阻抗为0.1Ω级,可以忽略。因此10ｋＶ侧总的电阻Ｒ∑约为100ｋΩ。将其归算到380Ｖ侧,Ｒ∑’为: Ｒ∑’=Ｒ∑/(10500/400)2=145.13Ω 因为此时Ａ相断开、Ｃ相接地,Ｂ相通过人体而消耗的功率归算到低压侧为: Ｐ人=Ｕ2ｂ/Ｒ∑’=2202/145.13=333.5Ｗ 消耗的总功率为用户负荷和人体消耗的功率之和: Ｐ总=Ｐ人+Ｐ用=333.5+600=933.5Ｗ 因此,Ｐ总小于发电机额定功率14.7ｋＷ,发电机当时的输出端电压可以维持,即为380Ｖ。从而杆变变为升压变压器,10ｋＶ侧的电压也能够维持,因而触电时,加在其人身—接地线之间的电压为10ｋＶ侧的Ｂ相相电压5.77ｋＶ。为简化计算,可对Ｂ相进行单独分析,计算出此时通过人体的电流: Ｉ人=ＵＢ/Ｒ∑=5770/100000=57.7ｍＡ,此电流值大小与该班员触电后左、右手的烧伤情况基本相符。
3.2 短路电流计算 为进一步分析倒送电,有必要分析通过接地线三相短路时的短路电流大小。此时假设10ｋＶ杆变Ａ、Ｂ、Ｃ三相熔丝均在合上位置,进行如下分析和计算。
(1)计算前的有关参数分析
(ａ)为简化起见,忽略发电机同步电抗。
(ｂ)根据杆变铭牌数据,经过计算,归算到低压侧的杆变短路阻抗为:Ｚｋ=0.0128+ｊ0.0245Ω。
(ｃ)按照变压器Ｔ形等效电路,因励磁回路阻抗远大于一、二次侧阻抗,为简化起算,可认为励磁回路开路,忽略励磁回路影响。则杆变阻抗为一、二次阻抗之和(需要归算到同一侧),因此,杆变正常送电还是从二次侧倒送至一次侧,而杆变倒送时其阻抗也为:Ｚｋ=0.0128+ｊ0.0245Ω。
(ｄ)因为线路Ｌ3长度仅为1ｍ左右,且为铜线,可忽略其阻抗。
(2)短路电流计算
统一将阻抗归算到低压侧,计算短路电流的电路图如图2所示。 图2 计算短路电流的电路 归算到低压侧的线路和杆变侧总的阻抗为: Ｚ线=ＺＬ5+ＺＬ4+ＺＫ+(ＺＬ1ＺＬ2/(ＺＬ1+ＺＬ2)) 根据用户照明及电脑负荷为600Ｗ,并且主要为阻性负荷,Ｚ用为Ｚ用=416.83Ω;此外,Ｚ线与Ｚ用并联,由于Ｚ线的模值为0.062Ω,远小于Ｚ用,所以发生三相短路时,可以认为短路电流绝大部分流过Ｚ线。因为此时Ｚ线非常小,发电机将耗尽其全部功率,其输出端电压将急剧降低,故可用发电机功率Ｐ来计算短路电流Ｉ短: Ｐ=3ＵｎＩｎ=3Ｉ2短Ｚ线 Ｉ短=Ｐ/(3Ｚ线)=14700/0.107=370.65Ａ
根据此短路电流的大小和前述4付熔丝的额定值,可以判断:如果按照假设,10ｋＶ三相熔丝均合上,用户电度表后熔丝和进户总熔丝将熔断,而隔离开关及熔丝箱低压熔丝和杆变高压熔丝将不会熔断(短路电流归算到高压侧为14.12Ａ<50Ａ)。
反过来倒推,如果刚好熔断表后熔丝或进户总熔丝(100Ａ),则发电机功率为1.07ｋＷ;如果熔断该杆变隔离开关及熔丝箱低压熔丝,则发电机功率至少为60.2ｋＷ;如果熔断杆变高压熔丝,则发电机功率至少为184.3ｋＷ。
3.3 极端情况考核与计算
考虑比较极端的情况,如线路截面积很小、长度很长,用户申请容量很大、熔丝额定电流值较高,来判断在实际的各种线路检修过程中是否存在倒送成功、三相短路持续运行一段时间的可能性。如图3所示,假设10ｋＶ线路Ｌ1、380Ｖ线路Ｌ2均为ＬＪ 16导线,Ｌ1长为30ｋｍ,Ｌ2长为1ｋｍ;归算到高压侧的杆变阻抗Ｚｋ=10+ｊ20Ω;用户申请的低压容量为350ｋＷ,低压熔线选用1100Ａ(按2倍裕度),其阻抗Ｚ用可算出为0.715Ω。 根据以上数据,统一将阻抗归算到低压侧,可以计算出:当发电机的额定功率Ｐ<1163ｋＷ时,倒送电将能够成功,用户处的低压电流低于1100Ａ,三相短路状态能够持续一段时间。因此,在满足某些极端条件的情况下,且各端接地线接地良好时,仍然存在倒送成功的可能性。 图3 计算极端情况的电路图 4 建议与措施
根据以上的计算与分析,结合现场实际,从降低和防止倒送电出发,提出如下一些建议与措施:
(1)低压用户倒送电时,按照各级熔丝的配置原则,表后熔丝和进线总熔丝首先将熔断。如果用户将以上这两个熔丝换成铜丝,发电机功率低于某一值时,则存在倒送电成功的可能性。因此,绝对禁止用户处用铜丝来代替熔丝,有必要对低压用户的进线熔丝和表后熔丝进行普查。
(2)当要断开某一支线或干线时(如,拉开高、低压熔丝,拆开线头等),存在倒送电成功的可能,发生在拉开第2相熔丝后,和拉开第3相熔丝后。因此,断开线路之前一定要做好用户侧的安全措施,挂3相短接线,以防止倒送电。在杆变后低压线上施工时,如果低压线可能断开,且低压线有多个分支时,也应在有可能倒送电的各侧分支低压线上均挂短接线。
(3)短接线的截面积可按照倒送时的最大短路电流来核定,考虑一定的裕度。
(4)用户处熔丝配置正常、各杆变熔丝均合上,以及10ｋＶ线路各侧所挂接地线接地良好时,在大多数情况下,可以有效防止低压用户处的倒送电。
(5)当满足某些极端条件时,如10ｋＶ线路和380Ｖ线路均很长、用户申请容量很大、自备发电机功率又较小时,存在倒送成功的可能性。此时,应该在施工线路的中间另外均匀挂几付接地线,以有效降低从可能倒送的用户处看向线路侧的线路阻抗,增大倒送时的短路电流,熔断相应熔丝,确保用户倒送不能成功。
(6)在检修的10ｋＶ线路上的多个杆变上依次轮流工作时,在当前工作的杆变低压侧挂短接线可以防止该杆变后用户侧的倒送电。同时,因其他杆变熔丝均在合上位置,在做好以上第(5)点中的安全措施时,其他杆变低压侧用户也将不能倒送成功。这样,可以有效保证工作班成员的安全。
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