輔助電鍋爐電極異常放電原因分析及處理

陳景榮，魏彥勛，邱立偉，李 強(qiáng)

(中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江 嘉興 314300)

輔助電鍋爐電極異常放電原因分析及處理

陳景榮，魏彥勛，邱立偉，李 強(qiáng)

(中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江 嘉興 314300)

介紹了一起輔助電鍋爐電極放電的故障，從電鍋爐工作結(jié)構(gòu)及要求、保護(hù)動(dòng)作行為方面分析了造成電極放電的原因，并提出了改進(jìn)對(duì)策和措施，對(duì)提高輔助電鍋爐的可靠性、保證安全運(yùn)行具有重要意義。

輔助電鍋爐；電極；放電；單相接地

0 引言

輔助電鍋爐是電廠的一個(gè)重要汽源，主要為機(jī)組啟動(dòng)時(shí)提供輔助氣源，直到切換至正常氣源。某核電廠輔助電鍋爐供電電壓為13.8 kV，通過一個(gè)6.3/13.8 kV升壓變壓器供電。電鍋爐的型號(hào)為HVJ-338-C250，額定功率為25 MW，額定電壓為13.5 kV，額定電流為1 069 A，為高電壓射流式(HVJ)電極型蒸汽鍋爐。

輔助電鍋爐結(jié)構(gòu)如圖1所示，水由循環(huán)泵從鍋爐的下方送至中心集箱，靠重力從中心集箱上的噴嘴流出并沖擊電極板，從而形成電流通路。高電壓電源直接與電極的端子相連，當(dāng)電導(dǎo)率在最大額定值時(shí)，約有3 %的水流被蒸發(fā)；而未蒸發(fā)的那部分水，約為總流量的97 %，從電極流至反電極時(shí)，又形成了第2條電流通路。

1 故障現(xiàn)象

2014-03-03T09：55，電鍋爐正在升功率的過程中，9LGR105JA開關(guān)跳閘，電鍋爐停運(yùn)，控制柜上報(bào)警裝置出現(xiàn)“速斷跳閘”、“零序保護(hù)跳閘”2個(gè)報(bào)警信號(hào)。電鍋爐就地柜SPAD346C2差動(dòng)繼電器的SPAJ4D28模塊的過流速斷保護(hù)動(dòng)作，致開關(guān)跳閘。查看保護(hù)裝置內(nèi)的記錄值，發(fā)現(xiàn)其B相電流達(dá)到6.15 In(額定相電流)，時(shí)間達(dá)到100 %；而過流速斷保護(hù)定值為1.39 In，時(shí)間為0.04 s。

為了進(jìn)一步查找和確認(rèn)故障原因，查看就地柜鍋爐側(cè)SPAD346C2繼電器及220 kV側(cè)故障錄波器電流值。如表1所示，13.8 kV側(cè)B相電流突增至6.15 In，持續(xù)78 ms，不計(jì)負(fù)荷電流可以認(rèn)為A，C相電流為0；220 kV側(cè)A，B相電流為1.43 A，不計(jì)負(fù)荷電流可以認(rèn)為C相電流為0。

圖1 射流式(HVJ)電極型電鍋爐結(jié)構(gòu)

表1 故障電流數(shù)據(jù)

并且，鍋爐變壓器系升壓變，接線方式為YN，d11；220 kV輔助變壓器接線方式為YN，yn0。如13.8 kV側(cè)B相接地，經(jīng)過變壓繞組的轉(zhuǎn)變，輔變高壓220 kV側(cè)體現(xiàn)為C相電流為0，A，B相電流大小相等、方向相同，和記錄的數(shù)據(jù)特征吻合。再結(jié)合報(bào)警中出現(xiàn)“零序保護(hù)跳閘”報(bào)警信號(hào)，同時(shí)13.8 kV側(cè)二次電流折算到13.8 kV一次側(cè)電流為6.15×1 250(CT變比)=7 687 A；220 kV側(cè)二次電流折算到13.8 kV側(cè)電流為1.43×200(CT變比)×(220/13.8)×1.732=7 897 A，這和電鍋爐的某一相電極發(fā)生接地故障時(shí)，忽略系統(tǒng)阻抗，計(jì)算的短路電流(8 494 A)相當(dāng)，因此可以確認(rèn)故障為B相發(fā)生了單相接地。

2 檢查處理

測(cè)量B相電極及電纜絕緣電阻為25.7 MΩ；將B相電纜與電極脫開后，單獨(dú)測(cè)量電纜的絕緣電阻，大于200 GΩ， 對(duì)B相電極施加工頻額定電壓13.8 kV，無放電等異常現(xiàn)象，因此確認(rèn)主回路絕緣正常。初步判斷故障由非直接短路引起，可能是操作不當(dāng)或爐水電導(dǎo)率過高而造成異常放電。采取保守策略處理：打開鍋爐人孔進(jìn)行檢查，B相主絕緣(內(nèi)部套管、外部套管)情況良好，無放電痕跡，驗(yàn)證了出現(xiàn)故障后，測(cè)試絕緣、額定電壓耐壓試驗(yàn)均通過的情況。檢查B相電極極板及對(duì)應(yīng)吊籃位置時(shí)，發(fā)現(xiàn)B相單電極極板和雙電極的1個(gè)極板與吊籃存在明顯放電痕跡，且因放電故障電流非常大，導(dǎo)致重量較輕的單電極極板在強(qiáng)大的電動(dòng)力作用下發(fā)生位置移動(dòng)。由于B相單電極極板位移，絕緣密封墊可能存在損傷，為了避免B相單電極在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生泄漏，對(duì)B相單電極極板重新進(jìn)行了安裝。

3 原因分析

處理完后再次送電，電鍋爐沒有發(fā)生放電打弧現(xiàn)象，排除了金屬性短路造成放電的可能。進(jìn)一步分析引起放電的可能因素有以下幾種。

(1) 爐水升壓過程中操作不當(dāng)，導(dǎo)致壓力突然大幅度變化。

(2) 爐水電導(dǎo)率超出要求(500～1 428 μs/m)。由于水的電導(dǎo)率與溫度有關(guān)，因此在升溫的過程中，冷態(tài)合格的爐水電導(dǎo)率也可能超標(biāo)，導(dǎo)致放電。

(3) 鍋爐內(nèi)存在可能引起泡沫現(xiàn)象的有機(jī)物或其他物質(zhì)。

(4) 鐵離子超標(biāo)，電導(dǎo)率相應(yīng)增大。在鍋爐啟動(dòng)升溫過程中，鐵離子因溫度升高，水化作用減弱而“瘦身”，熱運(yùn)動(dòng)加快；同時(shí)因溫度升高，水溶液的粘度降低，也減小了離子運(yùn)動(dòng)所受的阻力，使離子遷移變得更加容易。這些因素都導(dǎo)致電導(dǎo)率相應(yīng)增大，甚至導(dǎo)致異常放電。

4 防范措施

(1) 定期檢查排污閥動(dòng)作是否可靠、定值是否有異常變動(dòng)。每次啟動(dòng)前，應(yīng)手動(dòng)排污，并取樣對(duì)比，確保爐水的電導(dǎo)率在合格的范圍內(nèi)。

(2) 檢修后，對(duì)鍋爐內(nèi)部進(jìn)行徹底清洗，去除所有的防銹油、鐵屑等，防止鐵離子等超標(biāo)。

(3) 啟動(dòng)時(shí)緩慢升壓，防止壓力突變產(chǎn)生氣穴導(dǎo)致異常放電。

(4) 控制爐水的電導(dǎo)率不超出鍋爐滿負(fù)荷輸出所需要的電導(dǎo)率數(shù)值的10 %。

(5) 將爐水的鐵離子含量控制在2.0 ppm（2×10-6)以內(nèi)。

2014-11-30。

陳景榮(1978-)，男，高級(jí)工程師，主要從事核電廠電氣檢修管理工作，email：chenjingr@cnnp.com.cn。

魏彥勛(1986-)，男，助理工程師，主要從事核電廠繼電保護(hù)檢修工作。

邱立偉(1983-)，男，工程師，主要從事核電廠繼電保護(hù)檢修工作。

李 強(qiáng)(1983-)，男，工程師，主要從事核電廠高壓檢修工作。