一起凝結水泵變頻器跳閘事故分析

刁　敏馬國斌兀鵬越

（1. 皖能馬鞍山電廠，安徽 馬鞍山　243021；2. 華能陜西發(fā)電有限公司，西安　710032；3. 西安熱工研究院有限公司，西安　710032）

?

一起凝結水泵變頻器跳閘事故分析

刁敏1馬國斌2兀鵬越3

（1. 皖能馬鞍山電廠，安徽 馬鞍山243021；2. 華能陜西發(fā)電有限公司，西安710032；3. 西安熱工研究院有限公司，西安710032）

論述了一起某機組凝結水泵變頻器出口斷路器運行中擊穿事故的發(fā)生及分析處理過程，通過分析故障波形，指出6kV真空斷路器真空滅弧室故障是變頻器跳閘的根本原因，呼吁重視真空斷路器預防性試驗故障，及時發(fā)現(xiàn)運行真空斷路器故障。

真空斷路器；滅弧室；變頻器；擊穿

發(fā)電廠高壓廠用系統(tǒng)普遍采用真空斷路器，具有絕緣強度高、滅弧能力強、可靠性高、維護簡單、適合頻繁操作等優(yōu)點。真空滅弧室是真空斷路器的核心部件，具有極高的可靠性，正常情況下，整個壽命周期內無需任何維護。盡管如此，但是由于真空斷路器數(shù)量巨大，在運行中發(fā)生故障的案例還是時有報道。

本文介紹了一起真空滅弧室運行中故障的分析處理過程。

1　系統(tǒng)簡介

某 660MW 超臨界燃煤機組配備兩臺容量為2240kW的凝結水泵，電源分別取自6kV母線2A、2B段，每臺凝泵均可100%滿足機組運行要求。為了適應不同負荷下不同凝結水的流量需求，凝泵設置了高壓變頻器，按照“一拖二”系統(tǒng)設計。系統(tǒng)如圖1所示。

圖1　凝結水系統(tǒng)電氣接線圖

兩臺凝結水泵均可運行于工頻或者變頻狀態(tài)，可以在工頻和變頻之間切換運行，但任意時刻最多只有一臺泵運行于變頻工況。

2　事故過程

事故前的運行方式為：1DL、5DL合位，B泵變頻運行；2DL熱備用，A泵工頻備用，3DL、4DL冷備用。

因 2B凝結水泵電機上軸承溫度偏高，需停泵檢查。為了維持機組運行，B泵停運期間，需起動A泵運行。起動A泵前，運行人員將3DL、4DL送至運行位熱備用，變頻器頻率由30Hz調整到40Hz。

準備工作就緒后，運行人員在集控室遠方起動發(fā)出合2DL斷路器指令，起動凝泵工頻運行。在A泵起動瞬間，B凝泵隨即跳閘，DCS畫面凝泵變頻器控制面板上發(fā)“凝泵變頻控制柜故障報警”。就地檢查變頻器控制板顯示“接地故障”。

3　事故分析

事故發(fā)生后，熱控及電氣二次專業(yè)人員檢查DCS變頻操作程序及邏輯正確，檢查各斷路器位置至DCS接線正確，排除邏輯或者線路錯誤的可能。

變頻器顯示接地故障，電氣一次專業(yè)人員用2500V搖表檢查B凝泵電動機及電纜，變頻器功率單元電纜的絕緣均合格，未查出接地點。

由于事故時雖然變頻器報接地故障，但其電源側的斷路器1DL卻無保護動作。電氣二次專業(yè)人員對1DL斷路器的保護裝置進行校驗，裝置功能正常。

電氣專業(yè)二次技術人員在發(fā)變組故障錄波器中檢查A凝泵工頻合閘時的錄波文件，故障錄波器在2A凝泵合閘時同時動作，起動值為A分支突變量。一般來說，大容量電動機起動電流可能會導致故障錄波器起動，因此，錄波起動貌似正常。

但是，電氣專業(yè)人員還發(fā)現(xiàn)有零序電流產生，只是未達到保護動作值。如圖2所示。由圖2可見，零序電流持續(xù)時間超過一個周波以上，然后迅速變小。

圖2　A凝泵起動波形

圖2現(xiàn)象分析，可能存在接地故障。由于1DL斷路器零序保護未動作，檢查相關設備絕緣也正常，只有變頻器報出接地告警，遂在變頻器廠家的指導下，進入變頻器主控板，調閱變頻器故障錄波文件。

變頻器零序電壓波形如圖3（a）所示，零序電壓幅值接近200%。

圖3（b）為變頻器記錄的電源側A、C相電壓，圖3（c）為變頻器記錄的輸出側A、C相電壓。由兩圖比較可見，電源側電壓正常，而輸出側電壓有一定畸變。

由以上幾幅波形可以看出，事故過程確實有零序電壓電流存在，變頻器輸出側電壓有異常，因此，檢查的方向為變頻器的輸出側。

圖3　變頻器內部故障波形

電氣一次技術人員對A、B凝泵變頻出口斷路器進行絕緣耐壓試驗。當 A凝泵變頻出口斷路器4DL的A相斷口加壓至10kV（標準耐壓為42kV）即被擊穿。由此確認故障點為A凝泵變頻器出口斷路器A相真空滅弧室。

4　事故過程還原

本起事故原因是斷路器4DL真空滅弧室運行中故障。在運行人員操作前，該斷路器已經出現(xiàn)故障，斷口耐壓水平嚴重下降，但由于沒有進行預防性試驗，該故障設備未被及時發(fā)現(xiàn)。

運行人員將故障斷路器推入工作位置時，該斷路器的斷口承受的電壓為6kV單相對地電壓，小于故障滅弧室所能承受的10kV，所以未出現(xiàn)異常。

當運行人員合2DL斷路器起動A凝泵時，在斷路器4DL斷口之間承受的是40Hz變頻電源和50Hz工頻電源的差頻電壓，其頻率為10Hz，而幅值為額定電壓的2倍，即12kV，已經超過故障滅弧室所能承受的10kV的水平，由此導致A相斷口擊穿，電弧對地放電，引起變頻器故障跳閘。

5　整改措施

1）設備非健康運行是本次故障發(fā)生的主要原因

本次事故的直接原因是真空斷路器耐壓水平降低，可能是由于真空泡的真空度降低造成的［4］。真空滅弧室采用陶瓷作為密封和支撐，其真空度為10?3～10?6Pa，從而保證觸頭開斷時的滅弧性能及絕緣水平。如果真空度下降到一定程度，其絕緣水平就會降低，也影響斷路器的開斷水平。這種故障如果未及時發(fā)現(xiàn)，如果在事故時斷路器分斷短路電流，極有可能引起斷路器爆炸的嚴重事故。

為了預防此類事故，必須按期進行檢查和測試真空室的真空度，進行耐壓試驗，試驗標準為相間及對地42kV，斷口 48kV。由于種種原因，該廠電氣設備絕緣預防性試驗完成率不高，#2機預試率只有50%，部分隱蔽缺陷不能及時發(fā)現(xiàn)，造成設備非健康運行，安全隱患巨大。

2）運行方式需調整

凝泵工頻起動時，將變頻出口斷路器搖至試驗位，能夠防止斷路器長期承受雙倍額定電壓，從運行方式上減小事故發(fā)生的可能性。這種方式還能防止運行中變頻出口斷路器誤合造成非同期合閘。

6　結論

從本文論述真空斷路器故障的處理過程可以看出，在電力生產中必須充分重視電氣設備的預防性試驗，即使對于真空斷路器這種可靠性較高的設備，也不能掉以輕心，要嚴格按照規(guī)定周期進行試驗，才能保證設備安全運行。

［1］ 孫茁. VD4型真空斷路器滅弧室漏氣故障處理［J］.電力設備，2004，5（9）︰69-71.

［2］ 黃旭鵬，刁敏，兀鵬越，等. 6kV真空斷路器運行中漏氣事故分析［J］. 電工技術，2013（3）︰30-31，33.

［3］ 朱利鋒. 10kV真空斷路器的泄漏故障［J］. 農村電氣化，2010（6）︰29.

［4］ 李慶義. 提高真空斷路器運行可靠性的方法［J］. 電氣技術，2007（8）︰91-93.

刁敏（1971-），工程師，主任，從事發(fā)電廠電氣設備調試及其技術管理工作。