發(fā)電機ZN40A－A0Z真空斷路器主回路電阻超標(biāo)故障分析及處理

趙建軍 鄭貞芬

（浙江省江山市碗窯水庫管理局碗窯二級（須江）電站，浙江 衢州324100）

0 引言

對于容量較小的農(nóng)村小型水電站，發(fā)電機通常采用6.3kV電壓等級，經(jīng)6.3/10.5kV或6.3/35kV的升壓變壓器將電能輸送到農(nóng)網(wǎng)中，向更高電壓等級電網(wǎng)系統(tǒng)或終端負荷供電。主回路電阻是評估開關(guān)柜中6.3kV斷路器運行工況性能的重要特性參數(shù)，根據(jù)GB3906—1991《3～35kV交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備》、DL/T596—2005《電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程》等相關(guān)規(guī)范要求，需要在出廠、交接、初次投運、運營等過程進行預(yù)防性試驗，評估斷路器開關(guān)是否具有良好的運行工況性能，以確保水電站6.3kV發(fā)電系統(tǒng)運行具有較高的安全可靠性和節(jié)能經(jīng)濟性。

1 ZN40A－A0Z真空斷路器運行現(xiàn)狀分析

1.1 工程概況

某農(nóng)村小水電站裝機容量為5 000 k W，采用2臺型號為SF－J2500－18/2600、2 500 k W、6.3kV、286 A、cosφ＝0.8的立式水輪發(fā)電機組，主接線為單母線擴大單元接線方式，經(jīng)1臺S9－6300/35、6.3/35kV的升壓變壓器與當(dāng)?shù)?5kV農(nóng)網(wǎng)連接。

1.2 斷路器類型選擇

為了確保發(fā)電機安全穩(wěn)定運行，需要在發(fā)電機出口側(cè)裝設(shè)斷路器以完成同期并網(wǎng)、短路保護等功能。根據(jù)GB1984—2003《高壓交流斷路器》中的相關(guān)規(guī)定：小容量的發(fā)電站（裝機容量在30 MVA以下），從技術(shù)、經(jīng)濟等角度進行綜合分析，選用配電型真空斷路器完全可以完成發(fā)電機出口保護功能。結(jié)合水電站的實際情況，該發(fā)電機組出口側(cè)選用ZN40A－A0Z、1 250 A、25 k A的戶內(nèi)高壓交流真空斷路器，滿足發(fā)電機在正?；蚴鹿使r下的各種操作和保護要求。ZN40 A－A0Z裝設(shè)在KYN29－12型室內(nèi)高壓開關(guān)柜中，柜內(nèi)搭配LZZBJ9－12Q、400/5 A型互感器等發(fā)電電壓設(shè)備。

1.3 運行現(xiàn)狀

在發(fā)電機、開關(guān)柜、變壓器等設(shè)備安裝調(diào)試完畢后，水電站于2000年5月15日并網(wǎng)投運，真空斷路器各種監(jiān)測指標(biāo)顯示正常，運行良好。發(fā)電機滿負荷運行電流為286 A，斷路器額定電流為1 250 A，斷路器選型合理。投運后進行開關(guān)設(shè)備預(yù)防性試驗時，發(fā)現(xiàn)斷路器主回路電阻不斷增加，存在異常；而且在最近一次預(yù)防性試驗中，檢測到發(fā)電機處于滿負荷運行工況時，1#發(fā)電機柜和2#發(fā)電機出口斷路器主回路電阻指標(biāo)均超過相關(guān)規(guī)范和廠家要求的100μΩ。采用紅外熱成像儀進行測試，發(fā)現(xiàn)1#開關(guān)柜表面溫度達到65℃，運行維護人員無法直接接觸到柜體表面，估計斷路器內(nèi)部觸頭部位溫度已超過GB763—90《交流高壓電器在長期工作時的發(fā)熱》中的最大允許運行溫度值（90℃），且在發(fā)電機帶負荷發(fā)電過程中，柜內(nèi)還存在異常的振動噪音。在出廠和交接環(huán)節(jié)中，發(fā)電機斷路器開關(guān)柜性能良好，初步認(rèn)為該斷路器主回路電阻超標(biāo)異常屬于隱蔽性故障，且在后期發(fā)電運行過程中不斷惡化。為確保發(fā)電任務(wù)順利完成，急需在枯水期找出斷路器異常原因。

2 ZN40A－A0Z真空斷路器主回路電阻超標(biāo)原因分析

2.1 預(yù)防性檢測數(shù)據(jù)

電站檢修維護人員選擇處于枯水期的1月15日對此2臺發(fā)電機斷路器柜進行全面檢修維護。在進行發(fā)電機停運預(yù)防性試驗時，發(fā)現(xiàn)1#發(fā)電機斷路器柜和2#發(fā)電機斷路器柜的主回路電阻存在嚴(yán)重超標(biāo)問題，且1#柜面溫度較高，具體實測數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 6.3 kV發(fā)電機斷路器主回路電阻及柜面溫度檢測值

由表1可知，1#發(fā)電機斷路器柜三相電阻超標(biāo)較為嚴(yán)重，分別為4 256μΩ（A相）、3 687μΩ（B相）、3 168μΩ（C相），超標(biāo)最為嚴(yán)重的A相超標(biāo)值達到42倍（以廠家的100μΩ為標(biāo)準(zhǔn)）以上。結(jié)合柜面溫度數(shù)據(jù)，推測1#發(fā)電機斷路器柜柜內(nèi)觸頭溫升超過GB763—90允許的最大溫度（90℃）要求。6.3kV發(fā)電機出口斷路器開關(guān)柜中的ZN40A－A0Z斷路器主回路電阻嚴(yán)重超標(biāo)，直接危害到斷路器乃至發(fā)電機組的安全穩(wěn)定運行，影響到水電站整個發(fā)電及升壓變電系統(tǒng)的安全可靠、節(jié)能經(jīng)濟運行。

2.2 原因分析

為了找出ZN40A－A0Z真空斷路器主回路電阻超標(biāo)的原因，1月15日下午在一切檢修程序滿足要求后，決定進行停電檢查以了解開關(guān)柜內(nèi)部的異常情況。抽出1#斷路器檢查發(fā)現(xiàn)，銅排外側(cè)的熱縮絕緣套部分已經(jīng)脫落，同時銅排上有明顯過熱灼燒痕跡。若以發(fā)電機滿負荷運行工況電流286 A、導(dǎo)電回路電阻0.004 2Ω進行計算，則發(fā)熱功率為：

相當(dāng)于一個小型電熱爐長期烘烤設(shè)備。在進一步深入檢查后，斷路器動觸頭與觸指彈簧間存在大量干涸的導(dǎo)電膏。初步判斷干涸的絕緣導(dǎo)電膏引起1#斷路器開關(guān)觸頭不斷發(fā)熱，并伴隨開關(guān)觸頭表面接觸不良引起開關(guān)柜接觸電阻增加，導(dǎo)致開關(guān)柜主回路電阻增加和溫升效應(yīng)加劇。檢查2#發(fā)電機出口斷路器發(fā)現(xiàn)同樣存在1#斷路器的問題。

在檢查1#和2#斷路器柜不存在其他問題后，結(jié)合動觸頭表面已存在灼傷且殘留大量導(dǎo)電膏等現(xiàn)象，通知廠家到場進行后期維護處理。

3 ZN40A－A0Z真空斷路器主回路電阻超標(biāo)的處理

KYN29－12開關(guān)柜和ZN40A－A0Z斷路器廠家代表到達現(xiàn)場后，由于現(xiàn)場沒有進一步深入解體或進行深度檢測的工具，決定將ZN40A－A0Z真空斷路器從柜體中解除，返廠進行深入檢測。經(jīng)廠家傳真反饋確定是開關(guān)內(nèi)部機構(gòu)存在問題，在操作過程中導(dǎo)致導(dǎo)電膏溢出。確定故障原因后，決定采用同型號新批次斷路器進行全面更換處理。待更換設(shè)備各項出廠試驗指標(biāo)滿足要求后，重新托運到水電站現(xiàn)場?，F(xiàn)場安裝調(diào)試并通過各項交接試驗后，將1#和2#發(fā)電機ZN40A－A0Z斷路器重新復(fù)位并網(wǎng)運行，在發(fā)電機帶滿負荷運行一段時間后重新對斷路器主回路電阻進行停電檢測，結(jié)果如表2所示。

表2 故障處理后斷路器主回路電阻測量值

由表2可知，6.3kV側(cè)發(fā)電機斷路器柜中的ZN40A－A0Z真空斷路器在經(jīng)同型號設(shè)備更換處理后，其主回路電阻測量值均有效降低到60μΩ左右，滿足相關(guān)規(guī)范和廠家指導(dǎo)指標(biāo)，斷路器主回路電阻超標(biāo)故障得到有效解決。

4 結(jié)語

KYN29－12開關(guān)柜在使用過程中，其動觸頭、靜觸頭、操作結(jié)構(gòu)等，各接點位置均存在接觸不良的可能性。因此，在設(shè)備選材、出廠、交接、安裝、調(diào)試以及運行等環(huán)節(jié)中，均需要利用主回路電阻值來合理判斷斷路器開關(guān)設(shè)備的工況性能。只有結(jié)合主回路電阻測量值和紅外溫度等數(shù)據(jù)，科學(xué)地分析和處理，才能確保斷路器等開關(guān)設(shè)備具有良好的性能水平，確保整個水電站安全可靠、節(jié)能經(jīng)濟、高效穩(wěn)定地運行。

［1］楊宇峰，趙芝清，徐輝煌.回路電阻測量對控制開關(guān)柜回路缺陷作用的分析［J］.電工電氣，2013（5）

［2］韓建偉.隔離開關(guān)回路電阻超標(biāo)原因分析［J］.農(nóng)村電工，2009（8）