一例過(guò)流保護(hù)跳閘的故障分析和試驗(yàn)

張培華 張華生

（來(lái)賓華錫冶煉有限公司，廣西 來(lái)賓 546115）

一例過(guò)流保護(hù)跳閘的故障分析和試驗(yàn)

張培華 張華生

（來(lái)賓華錫冶煉有限公司，廣西 來(lái)賓 546115）

文章中故障分析主要集中在故障點(diǎn)的判斷、變壓器運(yùn)行參數(shù)整定及一起比較罕見(jiàn)的過(guò)電壓保護(hù)器故障，還有后面對(duì)于過(guò)電壓保護(hù)器故障的進(jìn)一步試驗(yàn)證實(shí)，旨在對(duì)電氣維修經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)和交流提供幫助。

變壓器；過(guò)流保護(hù)；電流；過(guò)電壓保護(hù)器；線路；絕緣

1 引言

電工作業(yè)有高壓維修和低壓維修之分，但是在實(shí)際電氣故障維修中，邊界就不會(huì)如此清晰。筆者在近日的電氣維修作業(yè)中就遇到如下一例故障，在來(lái)冶公司電氣運(yùn)行將近30年時(shí)間中第一次發(fā)生，處理過(guò)程難度不是很大，不過(guò)發(fā)生率極低，故在此和各位同行分饗，希望對(duì)實(shí)際的維修工作起到一定的促進(jìn)作用。

2 故障分析和試驗(yàn)

2.1 故障分析過(guò)程

近日，在對(duì)一投一備的兩臺(tái)容量為630KVA變壓器進(jìn)行無(wú)人值守線路改造后，負(fù)載為220KW的球磨機(jī)設(shè)備在起動(dòng)時(shí)出現(xiàn)變壓器過(guò)流保護(hù)跳閘的故障現(xiàn)象。在故障排查過(guò)程中，互換兩臺(tái)變壓器運(yùn)行后，變壓器還是出現(xiàn)過(guò)流保護(hù)跳閘，而變壓器低壓側(cè)的萬(wàn)能斷路器、球磨機(jī)電機(jī)電源的兩級(jí)空氣斷路器均沒(méi)有跳閘，繼續(xù)檢查低壓側(cè)的電源電纜、起動(dòng)柜及元器件均沒(méi)有發(fā)現(xiàn)異常，檢查電機(jī)的對(duì)地絕緣電阻為100MΩ，電機(jī)繞組在△接方式下用雙臂電橋測(cè)量三相繞組電阻分別為：15.23mΩ、14.80mΩ、16.73mΩ。至此，已經(jīng)初步排除了低壓側(cè)的電氣故障，重點(diǎn)是排查高壓側(cè)的故障點(diǎn)。通過(guò)查找變壓器微機(jī)保護(hù)器上的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，球磨機(jī)起動(dòng)時(shí)變壓器過(guò)流保護(hù)跳閘的動(dòng)作值在 7.8～8.5之間，高壓側(cè)一次電流表表顯為 25A；同時(shí)還出現(xiàn)了另一種故障現(xiàn)象，就是在把兩臺(tái)630KVA的變壓器工作置于母聯(lián)工作方式下，其目的是擴(kuò)大變壓器容量，球磨機(jī)是可以正常起動(dòng)工作的，但是有時(shí)在運(yùn)行過(guò)程中也出現(xiàn)了兩臺(tái)變壓器連跳的故障跳閘現(xiàn)象，兩臺(tái)變壓器高壓側(cè)一次電流表表顯分別為26和25，兩臺(tái)變壓器的微機(jī)保護(hù)器上顯示的過(guò)流保護(hù)動(dòng)作值分別為6.5和6.3，變壓器一次側(cè)電流互感器的變比為50/5，根據(jù)二次電流換算公式，球磨機(jī)設(shè)備起動(dòng)時(shí)的電流為

I二次=βx ILx50/5=7.8～8.5x25x50/5=1950A～2125A

容量630KVA的變壓器一次側(cè)額定電流為35A，其計(jì)算如下

I=S/√3/U=630/1.732/10=36.37A

二次側(cè)額定電流為875A，其計(jì)算如下

I=S/√3/U=630/1.732/0.4=909A

其中：I--電流，單位A

S--變壓器容量，單位kVA

U--電壓，單位kV

相應(yīng)的微機(jī)保護(hù)器上過(guò)流保護(hù)整定值為5.8，動(dòng)作時(shí)限為0.5S，球磨機(jī)電機(jī)起動(dòng)為Y-△起動(dòng)方式，起動(dòng)時(shí)間為

S=4+2√電機(jī)功率=4+2x14.8=32.8s＞0.5s

變壓器廠家提供的過(guò)流保護(hù)整定值為5.8，其過(guò)流保護(hù)跳閘電流為

I整定=βx ILx50/5=5.8x25x50/5=1450 A

球磨機(jī)起動(dòng)電流等于變壓器二次側(cè)的電流 1950A～2125A＞1450A，在此起動(dòng)電流下，變壓器過(guò)流保護(hù)跳閘是正常的保護(hù)動(dòng)作。

但是，與前進(jìn)行線路整改設(shè)備又能正常工作相比，則是不正常的。也就是說(shuō)此臺(tái)變壓器不能避過(guò)球磨機(jī)的起動(dòng)峰值電流，從此現(xiàn)象來(lái)看，兩臺(tái)變壓器的過(guò)流保護(hù)跳閘是因?yàn)檎ㄖ挡粚?duì)所導(dǎo)致的。

基于此分析，焦點(diǎn)便集中在了變壓器整定值的正確性上了，在綜合考慮了實(shí)際工況的情況下，也就是變壓器二次側(cè)的低壓電纜截面積、長(zhǎng)度、工作溫度等因素，及多年的工作經(jīng)驗(yàn)，把兩臺(tái)的變壓器過(guò)流保護(hù)動(dòng)作值整定為12.9。

但是，這次變壓器參數(shù)的重新整定只是從理論上解決了球磨機(jī)設(shè)備起動(dòng)時(shí)變壓器過(guò)流保護(hù)跳閘的問(wèn)題，而前面提到的球磨機(jī)起動(dòng)完成后正常運(yùn)行時(shí)同樣出現(xiàn)變壓器過(guò)流保護(hù)跳閘的故障現(xiàn)象從這方面是無(wú)法得到合理的解釋的，也就是在正常運(yùn)行時(shí)的電流，其計(jì)算如下

I運(yùn)行=βxILx50/5=6.3x25x50/5+6.5x26x50/5=1575A+1690A=3265A

其中：β—變壓器過(guò)流保護(hù)值

如此在的電流從何而來(lái)，帶著此疑點(diǎn)，維修人員檢查了高壓側(cè)的所有線纜、電路元器后，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯的擊穿、放電跡象，這樣，最后把問(wèn)題的癥結(jié)集中在高壓側(cè)的過(guò)電壓保護(hù)器上。

2.2 過(guò)電壓保護(hù)器的相關(guān)試驗(yàn)

2.2.1 過(guò)電壓保護(hù)器的工作原理和作用

在工業(yè)生產(chǎn)的高壓運(yùn)行線路中，考慮到真空開(kāi)關(guān)的滅弧能力極強(qiáng)，開(kāi)關(guān)時(shí)會(huì)引起特殊的操作過(guò)電壓，造成高壓電機(jī)絕緣擊穿，回路變壓器故障，甚到導(dǎo)致開(kāi)關(guān)柜自身?yè)p壞燒毀，所以一般情況下在3～35KV的中壓系統(tǒng)中都裝有三相組合過(guò)電壓保護(hù)器（如圖1）。

圖1 三相組合過(guò)電壓保護(hù)器

其核心的工作原理是采用放電間隙給氧化鋅閥片分壓的方式，降低線路的操作沖擊保護(hù)殘壓，實(shí)現(xiàn)對(duì)操作過(guò)電壓的保護(hù)，過(guò)電壓保護(hù)器的主要工作元件是氧化鋅閥片，與避雷器相似。

當(dāng)過(guò)電壓保護(hù)器忽然發(fā)生短路時(shí)，高、低壓繞組可能一起通過(guò)為額定值數(shù)十倍的短路電流，使其產(chǎn)生很大的熱量，過(guò)電壓保護(hù)器嚴(yán)重發(fā)熱。當(dāng)過(guò)電壓保護(hù)器承受短路電流的能力不夠，熱穩(wěn)定性差時(shí)，就會(huì)使過(guò)電壓保護(hù)器絕緣材料嚴(yán)重受損，而形成過(guò)電壓保護(hù)器擊穿及損毀事故。

也就是說(shuō)，過(guò)電壓保護(hù)器有釋放高壓線中的短路電流的作用。

2.2.2 試驗(yàn)過(guò)程

在謹(jǐn)慎的工作態(tài)度下，對(duì)整條線路上的各個(gè)元器件進(jìn)行了多次的檢查，最終還是把重點(diǎn)放在了過(guò)電壓保護(hù)器上，在拆除了過(guò)電壓保護(hù)器后，斷開(kāi)變壓器母聯(lián)，恢復(fù)變壓器一投一備的工作方式，球磨機(jī)等設(shè)備起動(dòng)運(yùn)行正常，也沒(méi)有出現(xiàn)負(fù)載設(shè)備運(yùn)行中變壓器過(guò)流保護(hù)跳閘的故障現(xiàn)象，至此，可以確定是過(guò)電壓保護(hù)器釋放出的短路電流導(dǎo)致的變壓器過(guò)電流保護(hù)跳閘。

另外，把拆下的過(guò)電壓保護(hù)器安裝到另一臺(tái)高壓控制柜下，負(fù)載的容量同樣為220KW的電機(jī)，在起動(dòng)過(guò)程中發(fā)生了同樣的故障，而且，起動(dòng)操作愈頻繁，電機(jī)在正常運(yùn)行中出現(xiàn)的變壓器過(guò)電流保護(hù)跳閘也愈頻繁，這樣實(shí)驗(yàn)證明了過(guò)電壓保護(hù)器對(duì)于線路中的沖擊電壓是有疊加效應(yīng)的。

3 試驗(yàn)結(jié)論

縱觀整個(gè)處理過(guò)程和后面試驗(yàn)，導(dǎo)致故障的原因如下：

（1）變壓器的過(guò)流保護(hù)整定值沒(méi)有結(jié)合實(shí)際工況整定，計(jì)算不準(zhǔn)確；

（2）過(guò)電壓保護(hù)器出現(xiàn)誤動(dòng)作的故障，而且從后而的試驗(yàn)進(jìn)一步確認(rèn)，過(guò)電壓保護(hù)器對(duì)高壓線路中的沖擊電壓有疊加效應(yīng)，這就是導(dǎo)致起動(dòng)愈頻繁變壓器過(guò)電流保護(hù)跳閘也愈頻繁的原因所在。

4 措施建議

為了避免再次出現(xiàn)類(lèi)似故障，相應(yīng)的，也對(duì)日后的高壓線路維修保養(yǎng)工作做出了維護(hù)保養(yǎng)措施：

（1）結(jié)合具體工況對(duì)其它的變壓器過(guò)流保護(hù)整定值重新整定；

（2）對(duì)于高壓線路中的過(guò)電壓保護(hù)器按工作時(shí)限進(jìn)行檢查，或者一次性動(dòng)作后更換的制度。

［1］ 咸日常.電力變壓器運(yùn)行與維修［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2014.

［2］ 中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB 16895.22-2004 建筑物電氣裝置第5-53部分:電氣設(shè)備的選擇和安裝 隔離、開(kāi)關(guān)和控制設(shè)備 第 534節(jié):過(guò)電壓保護(hù)電器［M］.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2004.

An over-current protection tripping fault analysis and test

This article focuses on the judgment of fault point，fault analysis of transformer running parameters setting and the fault of the relatively rare over-voltage protector， and then to further test the over-voltage protector failure confirmed that aims to provide help for the summary of experience on electrical maintenance and communication.

Transformer； overcurrent protection； current； over-voltage protection device； circuit； insulation

TM13

A

1008-1151（2016）08-0053-02

2016-07-10

張培華，男，廣西合浦人，來(lái)賓華錫冶煉有限公司鋅分廠副廠長(zhǎng)，機(jī)械工程師，注冊(cè)一級(jí)建造師，從事機(jī)械、電氣管理以及電氣、儀表自動(dòng)化應(yīng)用研究工作。