宣學(xué)娟

(寧夏大唐國際大壩發(fā)電有限責(zé)任公司，寧夏 青銅峽 751607)

一起6 kV開關(guān)動(dòng)觸頭過熱引發(fā)的設(shè)備故障分析

宣學(xué)娟

(寧夏大唐國際大壩發(fā)電有限責(zé)任公司，寧夏 青銅峽 751607)

發(fā)電廠廠用電源的可靠性至關(guān)重要，廠用電失去將嚴(yán)重威脅機(jī)組的安全運(yùn)行，并可能引發(fā)嚴(yán)重設(shè)備損壞。分析了一起因6 kV開關(guān)動(dòng)觸頭過熱引發(fā)的廠用電失去異常事件，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)故障實(shí)情，分析了保護(hù)動(dòng)作及故障錄波，找出了故障隱患，并提出了改進(jìn)建議。

廠用電；6 kV開關(guān)；動(dòng)觸頭；過熱

1 設(shè)備概述

某公司2×600 MW火力發(fā)電機(jī)組，其高壓廠用電壓等級(jí)為6 kV，通過高廠變A，B分支接帶6 kV母線作為機(jī)組正常運(yùn)行的工作電源，高備變作為廠用6 kV母線備用電源，其系統(tǒng)接線如圖1所示。廠用母線6 kV進(jìn)線開關(guān)為真空開關(guān)，額定電流為4 000 A，額定電壓為7.2 kV。

2 異常事件前機(jī)組運(yùn)行方式

5號(hào)機(jī)組負(fù)荷600 MW，廠用6 kV 5A，5B段母線由工作進(jìn)線電源帶，機(jī)組5A段負(fù)荷電流為2 147 A，5B段電流為1 783 A，機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。

圖1 系統(tǒng)接線示意

3 異常事件經(jīng)過

2015-10-20T12:23:07，5號(hào)機(jī)組跳閘，光字牌亮聲光報(bào)警并發(fā)“發(fā)變組保護(hù)動(dòng)作、汽機(jī)跳閘、MFT”，工作電源進(jìn)線開關(guān)6 kV 5A段615A開關(guān)、5B段615B開關(guān)跳閘，備用電源進(jìn)線開關(guān)6 kV 5A段605A開關(guān)、5B段605B開關(guān)跳閘，高備變高壓側(cè)開關(guān)跳閘，機(jī)組廠用電失去，柴油機(jī)聯(lián)啟保安電源正常，故通過柴油機(jī)實(shí)現(xiàn)了安全停機(jī)。

6 kV廠用配電室火災(zāi)報(bào)警觸發(fā)，現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)5號(hào)機(jī)6 kV配電室內(nèi)有濃煙冒出，5號(hào)機(jī)6 kV 5A段工作進(jìn)線615A開關(guān)(50BBA01)柜上部存在明火，相鄰間隔6 kV 5A段母線PT 695A開關(guān)(50BBA02)二次元件柜內(nèi)部元件燒毀，立即組織滅火。待明火撲滅后，打開柜體前后柜門檢查，發(fā)現(xiàn)開關(guān)柜進(jìn)線母排完好，6 kV 5A段工作進(jìn)線615A開關(guān)及二次元件柜燒毀，5號(hào)高廠變低壓側(cè)A分支共箱母線蓋板、共箱母線外觀完好，如圖2所示。

現(xiàn)場(chǎng)將5A段工作進(jìn)線615A開關(guān)拉出，發(fā)現(xiàn)其處于分閘狀態(tài)，真空泡全部損壞，絕緣部分均已碳化，6只靜觸頭基本完好，母排連接正常；小車開關(guān)A相上端動(dòng)觸頭觸指片嚴(yán)重?zé)龘p，如圖3所示。小車開關(guān)B，C相基本完好。

圖3 開關(guān)動(dòng)觸頭燒損情況

4 保護(hù)動(dòng)作分析

5號(hào)機(jī)發(fā)變組保護(hù)及A屏、B屏保護(hù)出口動(dòng)作燈亮，保護(hù)裝置中有“A分支零序過流I，II段”保護(hù)動(dòng)作報(bào)文。220 kV高備變保護(hù)A屏、B屏保護(hù)出口動(dòng)作燈亮，保護(hù)裝置中有“分支零序過流I，II段”保護(hù)動(dòng)作報(bào)文。5號(hào)機(jī)6 kV廠用A，B分支快切裝置有“廠用電切換”動(dòng)作信息，A段快切裝置面板上的工作、備用開關(guān)位置指示均在合閘狀態(tài)，快切裝置報(bào)警顯示“開關(guān)全合、后備無壓”，5號(hào)機(jī)發(fā)變組故障錄波器啟動(dòng)錄波，錄波文件有“高廠變低壓側(cè)A分支電壓突變量啟動(dòng)、A分支零序電流啟動(dòng)、A(B)柜A分支零序電流保護(hù)0→1”等故障錄波信息。

5 故障錄波分析

從故障錄波1(見圖4)高廠變低壓側(cè)A分支電壓Ua曲線可以看出：12:23:00，高廠變6 kV A分支A相發(fā)生1次持續(xù)時(shí)間為149 ms的短時(shí)A相接地故障，隨后接地點(diǎn)消失，故障自行恢復(fù)。判斷此次故障時(shí)間太短，發(fā)變組A，B套保護(hù)裝置均未及時(shí)判斷，保護(hù)裝置均未啟動(dòng)(A，B分支零序電流定值0.25 A，動(dòng)作時(shí)間分別為0.9 s和1.5 s)。

圖4 故障錄波1

從高廠變低壓側(cè)A分支電壓Ua曲線可以看出：12:23:08，高廠變A分支A相發(fā)生接地故障，A分支低壓側(cè)非故障B，C相相電壓被抬高，相電壓最大值約為正常值的1.732倍。經(jīng)測(cè)算，故障持續(xù)時(shí)長(zhǎng)為901 ms，接地故障零序電流為0.6—0.8 A，達(dá)到發(fā)變組A，B套A分支I段零序電流保護(hù)動(dòng)作定值。12:23:09，A套保護(hù)“A分支零序電流I段”動(dòng)作；12:23:12，B套保護(hù)“A分支零序電流I段”動(dòng)作。雙套保護(hù)“A分支零序電流I段”動(dòng)作均出口于“跳分支開關(guān)并啟動(dòng)快切”，可以看出廠用A分支在保護(hù)動(dòng)作后已完成電源切換(解體開關(guān)檢查后，證實(shí)615 A開關(guān)燒損前在分閘狀態(tài))，高廠變低壓側(cè)A分支三相電壓恢復(fù)正常。從高備變低壓側(cè)A分支電壓Ua曲線能夠看出：高備變A分支明顯被切至故障點(diǎn)，導(dǎo)致高備變A分支A相接地。

故障錄波表明廠用A分支工作/備用電源完成切換后，高廠變A分支三相電壓幅值、相位已正常，而切至故障點(diǎn)的高備變A分支A相電壓一直處于接地的故障狀態(tài)。此異常狀態(tài)經(jīng)過402 ms后，高備變A分支三相電壓消失。通過導(dǎo)入高備變B分支電壓錄波信息查看，發(fā)現(xiàn)B分支電壓也同時(shí)消失。結(jié)合錄波信息，可得到如下結(jié)論：12:23:12，高備變保護(hù)“分支零序II段保護(hù)”動(dòng)作，高備變高壓側(cè)8209開關(guān)被切除。與高備變A，B套保護(hù)實(shí)際動(dòng)作記錄吻合。故障發(fā)展至此，高廠變A分支與高備變A分支都已被切除，故障接地點(diǎn)應(yīng)已被完全隔離。

12:23:16，高廠變A分支A相又發(fā)生接地故障。經(jīng)分析故障錄波，發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)在615A開關(guān)上口，燃燒過程中有導(dǎo)電物質(zhì)不斷掉落到下部，導(dǎo)致高廠變A分支A相處復(fù)發(fā)接地故障，這與解體615A開關(guān)檢查結(jié)果吻合。

根據(jù)故障錄波可知:12:23:20，發(fā)變組A，B套保護(hù)(此處只引入A套)在經(jīng)過900 ms后“A分支零序電流I段”保護(hù)動(dòng)作。約3 465 ms后,“A分支零序電流II段”保護(hù)動(dòng)作，出口于機(jī)組“全?！?，與發(fā)變組A套12:23:24、B套12:23:26保護(hù)動(dòng)作記錄內(nèi)容吻合。

6 故障分析結(jié)論

從故障錄波圖看，故障發(fā)生在5號(hào)機(jī)6 kV廠用工作進(jìn)線615A開關(guān)母線側(cè)，故障電流達(dá)到發(fā)變組A，B套A分支I段零序電流保護(hù)定值，雙套保護(hù)“A分支零序電流I段”動(dòng)作均出口于“跳分支開關(guān)并啟動(dòng)快切”，備用電源完成切換;此時(shí)高備變備用分支被切至故障點(diǎn)，導(dǎo)致高備變備用A分支A相接地，使高備變分支零序II段保護(hù)動(dòng)作，最終切除高備變高壓側(cè)8209開關(guān)，廠用6 kV 5A，5B段母線失電。

從開關(guān)燒損情況看，開關(guān)靜觸頭基本完好，可排除因?yàn)閯?dòng)、靜觸頭接觸不良引發(fā)的過熱故障；梅花觸頭與開關(guān)本體導(dǎo)電臂裝配結(jié)合處燒損嚴(yán)重，部分觸指已經(jīng)熔焊到導(dǎo)電臂的裝配槽上，大部分觸指及彈簧熔化后脫落，說明發(fā)熱部位是梅花觸頭與導(dǎo)電臂的裝配結(jié)合處。此種開關(guān)存在設(shè)計(jì)或產(chǎn)品質(zhì)量問題，隨著運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng)，由彈簧緊力下降、過熱等原因造成“接觸面氧化—接觸電阻增大—接觸面氧化加劇—接觸電阻增大加劇……”的惡性循環(huán)，最終導(dǎo)致開關(guān)因過熱而導(dǎo)致燒損。

7 暴露問題

(1) 電氣設(shè)備隱患排查治理不徹底，絕緣監(jiān)督工作不到位。在機(jī)組停運(yùn)期間，未安排人員對(duì)6 kV進(jìn)線開關(guān)開展清掃檢查及預(yù)試工作，未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備潛在隱患。

(2) 設(shè)備檢修工藝標(biāo)準(zhǔn)不全面，未對(duì)開關(guān)柜動(dòng)靜觸頭的嚙合度和壓力提出要求。開關(guān)檢修標(biāo)準(zhǔn)缺失也是本次事故發(fā)生的主要原因。

(3) 對(duì)一次設(shè)備的運(yùn)行情況缺乏有效的常態(tài)監(jiān)測(cè)手段，以致未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行中的超溫、過熱等隱患。

8 防范措施

(1) 根據(jù)GB/T 14285—2006《繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》中5.3.3.4“廠用母線速動(dòng)保護(hù)動(dòng)作、工作分支保護(hù)動(dòng)作或工作電源由于手動(dòng)或分散控制系統(tǒng)(DCS)跳閘時(shí)，應(yīng)閉鎖備用電源自動(dòng)投入”的規(guī)定，建議廠用分支零序電流I段保護(hù)出口跳分支開關(guān)，閉鎖廠用快切；分支零序電流II段保護(hù)出口全停，閉鎖廠用快切。

(2) 將6 kV廠用工作進(jìn)線開關(guān)、備用電源進(jìn)線開關(guān)更換為質(zhì)量較可靠的成熟產(chǎn)品。

(3) 在停備、檢修等停機(jī)期間，對(duì)開關(guān)進(jìn)行檢修，通過檢查外觀判斷觸頭有無過熱跡象，清理梅花觸頭與開關(guān)導(dǎo)電臂裝配結(jié)合處接觸面，必要時(shí)進(jìn)行打磨及更換觸頭外圍、拉緊彈簧或整體更換梅花觸頭，確保梅花觸頭與開關(guān)導(dǎo)電臂裝配結(jié)合處接觸良好；測(cè)量開關(guān)導(dǎo)電回路電阻，確保電阻在合格范圍內(nèi)；在6 kV工作進(jìn)線開關(guān)柜及備用進(jìn)線開關(guān)柜內(nèi)加裝紅外在線測(cè)溫裝置，以便發(fā)現(xiàn)隱患可以及時(shí)處理。

(4) 檢修工作必須貫徹標(biāo)準(zhǔn)化工作要求，明確工作內(nèi)容及各項(xiàng)檢修標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范人員作業(yè)行為和工藝要求。

(5) 安裝6 kV開關(guān)柜溫度在線監(jiān)測(cè)裝置，以便于運(yùn)行人員在線監(jiān)測(cè)，防止此類問題再次發(fā)生。

9 結(jié)束語

6 kV開關(guān)發(fā)生燒損事故的原因難以分析和判斷，需查看現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備燒損情況并結(jié)合二次保護(hù)、故障錄波進(jìn)行綜合分析，才能得出正確結(jié)論，并制定針對(duì)性的防范措施，最終避免6 kV開關(guān)動(dòng)觸頭過熱引發(fā)的設(shè)備損壞。

1 全國量度繼電器和保護(hù)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)．GB/T 14285—2006繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程[S]．北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.

2016-12-11。

宣學(xué)娟(1973—)，女，工程師，主要從事發(fā)電廠繼電保護(hù)工作，email：lhq2650@sina.com.