一起斷路器失靈保護(hù)動(dòng)作分析及處理

姚志偉，李新煜

（1.山西西龍池抽水蓄能電站有限責(zé)任公司，山西 忻州 035503；2.山東泰山抽水蓄能電站有限責(zé)任公司，山東 泰安 271000）

一起斷路器失靈保護(hù)動(dòng)作分析及處理

姚志偉1，李新煜2

（1.山西西龍池抽水蓄能電站有限責(zé)任公司，山西 忻州 035503；2.山東泰山抽水蓄能電站有限責(zé)任公司，山東 泰安 271000）

介紹了某電廠一起斷路器失靈保護(hù)動(dòng)作情況，通過現(xiàn)場檢查和分析，確定了事故發(fā)生的原因，為斷路器電氣使用壽命超限，并對(duì)此提出了改進(jìn)措施，對(duì)于勵(lì)磁系統(tǒng)強(qiáng)勵(lì)的設(shè)計(jì)、斷路器的檢修維護(hù)工作有一定的指導(dǎo)意義。

斷路器；失靈；強(qiáng)勵(lì)；燒蝕系數(shù)；開斷電流

0 概述

某抽水蓄能電廠選用ABB公司生產(chǎn)的HECPS-3型斷路器作為機(jī)組開關(guān)，該型號(hào)斷路器為SF6氣體絕緣、離相封閉、自然冷卻、三相聯(lián)動(dòng)、三極驅(qū)動(dòng)、水平型、戶內(nèi)型，主要用以減少500 kV側(cè)斷路器操作次數(shù)，承擔(dān)正常運(yùn)行切換操作、短路故障跳閘以及同期并網(wǎng)等。在某次抽水方向停機(jī)過程中，監(jiān)控系統(tǒng)流程執(zhí)行到跳開斷路器時(shí)，出現(xiàn)“勵(lì)磁啟動(dòng)強(qiáng)勵(lì)”、“次同步過電流”保護(hù)動(dòng)作、“斷路器失靈保護(hù)動(dòng)作”，機(jī)組停機(jī)失敗，斷路器失靈保護(hù)動(dòng)作跳開相應(yīng)變壓器高壓斷路器。

1 現(xiàn)場檢查

1.1 斷路器位置狀態(tài)檢查

（1） 斷路器本體狀態(tài)指示器顯示在“分”位，機(jī)組開關(guān)控制柜中斷路器位置指示燈顯示綠色，兩者位置指示一致。

（2） 斷路器的位置接點(diǎn)分別至SFC（靜止變頻器）系統(tǒng)、勵(lì)磁系統(tǒng)、調(diào)速器系統(tǒng)的合閘回路不通；分別至故障錄波器、同期裝置、機(jī)組現(xiàn)地控制單元、機(jī)組保護(hù)系統(tǒng)的分閘回路接通，因此位置接點(diǎn)與斷路器本體位置指示一致。

（3） 斷路器電源監(jiān)視繼電器正常勵(lì)磁，報(bào)警繼電器、SF6閉鎖繼電器狀態(tài)正常，儲(chǔ)能回路正常。

1.2 繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置檢查

（1） 機(jī)組發(fā)變組保護(hù)A屏出現(xiàn)“次同步過電流”保護(hù)動(dòng)作，B屏出現(xiàn)“次同步過電流”保護(hù)動(dòng)作、“斷路器失靈保護(hù)”動(dòng)作。

（2） 檢查機(jī)組故障錄波器，發(fā)電機(jī)定子電流突變量啟動(dòng)，錄取模擬量和開關(guān)量均正常。

（3） 檢查勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，發(fā)現(xiàn)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器檢測陽極電壓低，啟動(dòng)強(qiáng)勵(lì)。

1.3 空載開機(jī)檢查

對(duì)斷路器進(jìn)行上述檢查未發(fā)現(xiàn)異常，為進(jìn)一步查找故障點(diǎn)，進(jìn)行發(fā)電工況空載開機(jī)試驗(yàn)，機(jī)組啟動(dòng)不成功，95 %定子接地保護(hù)動(dòng)作跳閘。停機(jī)后，對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步檢查。檢查機(jī)端電壓互感器的9個(gè)熔斷器中有2個(gè)熔斷器電阻大于200 Ω，電阻值大于熔斷器說明書中的定值，故對(duì)這2個(gè)熔斷器電阻進(jìn)行了更換。

1.4 發(fā)電機(jī)定子及離相封閉母線檢查

（1） 在未斷開發(fā)電機(jī)出口母線及拉開中性點(diǎn)刀閘前，分別測量定子A，B，C三相繞組對(duì)地絕緣電阻均在1 MΩ以下，定子對(duì)地絕緣較低。檢查發(fā)電機(jī)端部并頭套未發(fā)現(xiàn)異常。

（2） 將發(fā)電機(jī)出口母線軟連接斷開，分別測量發(fā)電機(jī)A，B，C三相定子繞組對(duì)地絕緣為2 000 MΩ以上，定子絕緣良好。

（3） 測量離相封閉母線A相絕緣電阻大于2 500 MΩ，B，C相絕緣電阻為1 MΩ。初步判斷B，C相離相封閉母線存在故障。

（4） 拆除斷路器側(cè)方蓋板，用萬用表分別對(duì)A，B，C三相斷口間電阻進(jìn)行測量，A相指示為無窮大，B相為47 Ω，C相為80 Ω。這說明A相分開，B相，C相未完全分開。

（5） 打開斷路器B相上方外罩，拆除滅弧室2側(cè)引線，使滅弧室與母線分離，再次使用萬用表測量滅弧室斷口電阻，阻值為47 Ω。

1.5 斷路器拆解檢查

（1） 打開斷路器上方蓋板，檢查滅弧室、拖動(dòng)刀閘、被拖動(dòng)刀閘、操作桿，未發(fā)現(xiàn)異常。

（2） 對(duì)斷路器操作機(jī)構(gòu)泄壓，拆除密度繼電器，發(fā)現(xiàn)密度繼電器與滅弧室相連部分有大量SF6氣體分解物。

（3） B，C相滅弧室拆解檢查，發(fā)現(xiàn)C相滅弧觸頭表面布滿污穢，動(dòng)觸頭部分觸指有燒傷痕跡，密封夾持器完全熔化，與動(dòng)觸頭觸指粘連。滅弧室中靜觸頭絕緣子組件表面燒蝕嚴(yán)重，靜觸頭導(dǎo)電環(huán)脫落，鑄件本體有部分分解產(chǎn)物污穢。支撐絕緣子有清晰裂紋。B相與C相情況大體相同。

（4） A相滅弧室動(dòng)觸頭組件拆解后，在其中發(fā)現(xiàn)了大量粉塵，且滅弧室靜觸頭組件無異常狀況。對(duì)組件進(jìn)行清潔后，抽真空無法保壓，因此判斷密封件損壞。

2 原因分析

通過上述檢查，認(rèn)為是斷路器B相和C相故障，未完全分開，導(dǎo)致次同步過電流保護(hù)、失靈保護(hù)以及95 %定子接地保護(hù)動(dòng)作。

由ABB廠家提供的HECPS-3型斷路器，在不同開斷電流時(shí)的滅弧觸頭燒蝕系數(shù)K的相應(yīng)取值如下：

（1） 當(dāng)0≤I＜0．811 kA，K=1；

（2） 當(dāng)0．811 kA≤I≤150 % Ic時(shí)，K=f（I）= 0．001 219×I3+0．031 32×I2+1．241 5×I-0．026 98；

（3） 當(dāng)150 % Ic＜I時(shí)，K=2 500。

式中，I為斷路器分閘開斷電流，Ic為額定電流。

故障發(fā)生時(shí)，斷路器控制柜中顯示其動(dòng)作2 434次，機(jī)組啟動(dòng)運(yùn)行記錄中顯示動(dòng)作1 957次，其中發(fā)電啟停311次，抽水啟停1 646次。斷路器控制柜記錄的動(dòng)作次數(shù)比運(yùn)行記錄中多477次，該偏差主要是檢修中機(jī)組開關(guān)保護(hù)傳動(dòng)試驗(yàn)等原因?qū)е碌?。抽水啟停平均開斷電流I為5．58 kA，發(fā)電啟停平均開斷電流為0．7 kA。對(duì)于未統(tǒng)計(jì)的動(dòng)作次數(shù)和發(fā)電啟停次數(shù)按照最小方式（K取1）進(jìn)行計(jì)算，則：

依據(jù)廠家規(guī)定，ΣK（I）最大運(yùn)行次數(shù)為10 000次，此斷路器已超過廠家規(guī)定運(yùn)行次數(shù)4 100次，因此判定此次事故的根本原為斷路器已超出電氣使用壽命。

3 改進(jìn)措施

3.1 嚴(yán)格執(zhí)行制度、規(guī)范

定期對(duì)斷路器分閘時(shí)間、合閘時(shí)間、同期、速度、回路電阻進(jìn)行測量，建立設(shè)備定期試驗(yàn)數(shù)據(jù)臺(tái)賬，嚴(yán)格執(zhí)行《Q/GDW1150—2013水電站電氣設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。故障斷路器經(jīng)更換滅弧室后的試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 斷路器試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3.2 完善勵(lì)磁程序

當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生事故導(dǎo)致電壓嚴(yán)重降低時(shí)， 勵(lì)磁系統(tǒng)強(qiáng)行以最快的速度給發(fā)電機(jī)以最大的勵(lì)磁，迫使系統(tǒng)電壓迅速恢復(fù)，這種強(qiáng)迫施行勵(lì)磁的功能簡稱強(qiáng)勵(lì)。

機(jī)組強(qiáng)勵(lì)有2種情況：一是機(jī)組端電壓突然因故下降到某一范圍，機(jī)組為恢復(fù)正常運(yùn)行而強(qiáng)行勵(lì)磁，這屬正常強(qiáng)勵(lì)的情況；二是機(jī)組機(jī)端電壓在正常調(diào)節(jié)范圍內(nèi)運(yùn)行，機(jī)組強(qiáng)行勵(lì)磁，致使機(jī)端電壓過高，這屬異常強(qiáng)勵(lì)過程，即誤強(qiáng)勵(lì)。誤強(qiáng)勵(lì)有負(fù)載誤強(qiáng)勵(lì)和空載誤強(qiáng)勵(lì)2種：其中，負(fù)載誤強(qiáng)勵(lì)主要表現(xiàn)為在系統(tǒng)無故障情況下，并列運(yùn)行的機(jī)組突然出現(xiàn)無功功率大大增加致無功功率表打滿，運(yùn)行人員手動(dòng)不能控制，同時(shí)伴隨機(jī)組聲音明顯異常，有時(shí)還伴隨機(jī)組過流、過壓保護(hù)動(dòng)作；空載誤強(qiáng)勵(lì)表現(xiàn)為當(dāng)發(fā)電機(jī)開機(jī)合滅磁開關(guān)后未并入電網(wǎng)前機(jī)端電壓急劇上升且手動(dòng)不能控制，同時(shí)伴隨機(jī)組聲音異常和轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)動(dòng)作。

此次抽水方向執(zhí)行停機(jī)過程中發(fā)生強(qiáng)勵(lì)現(xiàn)象，屬于空載誤強(qiáng)勵(lì)的另一種表現(xiàn)形式。當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出停機(jī)命令，執(zhí)行正常停機(jī)時(shí)，機(jī)組各相關(guān)系統(tǒng)的控制模式應(yīng)該是執(zhí)行停止的控制流程；而本次事件中卻進(jìn)行強(qiáng)勵(lì)，導(dǎo)致斷路器故障造成更嚴(yán)重的后果。為避免類似事件再次發(fā)生，在勵(lì)磁執(zhí)行強(qiáng)勵(lì)的復(fù)位條件中并接機(jī)組轉(zhuǎn)停機(jī)的命令，用于機(jī)組正常停機(jī)命令發(fā)出后即復(fù)位勵(lì)磁強(qiáng)勵(lì)，機(jī)組根據(jù)控制流程進(jìn)行停機(jī)（若發(fā)生故障，使保護(hù)動(dòng)作，則由相應(yīng)動(dòng)作的保護(hù)使機(jī)組進(jìn)行停機(jī)）。

4 結(jié)束語

對(duì)斷路器動(dòng)態(tài)電阻的測量以及統(tǒng)計(jì)斷路器接通和切斷電流的大小和次數(shù)，是判斷斷路器電氣使用壽命的主要依據(jù)。因此，在日常維護(hù)工作中，要按照斷路器檢修規(guī)程定期進(jìn)行檢修；嚴(yán)格按照預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)，將標(biāo)準(zhǔn)、制度剛性執(zhí)行到位，以避免某些由于管理不到位等原因發(fā)生的設(shè)備故障等不安全事件。

1 張麗娜，陳永義，梁桂州．關(guān)于GIS和SF6斷路器的現(xiàn)場檢測方法［J］．高壓電器，2001，37（3）：47-48．

2 李六零，丁衛(wèi)東，石月春，等．動(dòng)態(tài)電阻測量法用于評(píng)估SF6斷路器滅弧室狀況的探討［J］．高壓電器，2002，38（2）：54-55．

2015-11-13；

2016-04-26。

姚志偉（1984-），男，助理工程師，主要從事靜止變頻器系統(tǒng)和勵(lì)磁系統(tǒng)的運(yùn)行管理工作，email：lucky9626@163．com 。

李新煜（1989-），男，助理工程師，主要從事水電站監(jiān)控系統(tǒng)及球閥、調(diào)速器自動(dòng)控制系統(tǒng)工作。