300兆瓦燃煤機組高壓廠用電系統(tǒng)F-C型開關(guān)的缺陷分析及對策

浙江浙能溫州發(fā)電有限公司 王杰 何朝暉

0 前言

大中型火力發(fā)電機組的6kV廠用電系統(tǒng)在電氣專業(yè)的投資占比較重，在基建時往往會考慮節(jié)省基建成本，一般的配置方案中廠用電系統(tǒng)會采用壓高壓真空斷路器開關(guān)柜與限流熔斷器及機械保持型高壓真空接觸器（F－C）組合回路的開關(guān)柜。1600kVA及以下容量的變壓器、1250kW及以下功率的高壓電機一般均選用（F－C）組合回路[1]。

相對于真空斷路器開關(guān)柜而言，限流熔斷器及機械保持型高壓真空接觸器（F－C）組合回路開關(guān)柜有以下諸多優(yōu)勢：設(shè)備價格低；開關(guān)柜體積小[2]，可以節(jié)省開關(guān)室的布置空間；高壓真空接觸器開斷速度快，可頻繁操作[3]，能夠適應(yīng)高壓電動機的頻繁啟停，機械壽命長[4]；由于采用了限流熔斷器，在分支的電力電纜的截面選擇上可以相應(yīng)縮小[5]，總的來說采用限流熔斷器及機械保持型高壓真空接觸器（F－C）組合回路可以節(jié)約開關(guān)設(shè)備投資、土建費用和6kV高壓電纜的投資；高壓真空接觸器的檢修維護(hù)量小，使用壽命長[6]，是高壓少油斷路器及其他真空斷路器無法比擬的優(yōu)點。

由于受基建概算費用的限制，在設(shè)備選擇上設(shè)備價格相對合適的只有國產(chǎn)設(shè)備，國內(nèi)早期只有沈陽低壓開關(guān)廠和天水長城開關(guān)廠生產(chǎn)F－C開關(guān)柜。

1 廠用電系統(tǒng)6kV F－C開關(guān)柜概況

溫州發(fā)電廠二期兩臺300MW機組共采用F－C開關(guān)柜共43臺（86個回路），其中安裝在#3、#4機工作段20臺（40個回路）、公用段6臺（12個回路）、輸煤段17臺（34個回路），供貨廠家為天水長城開關(guān)廠。柜體型式為交流金屬鎧裝全封閉手車式開關(guān)柜，型號為KYN3-10，柜體結(jié)構(gòu)為左右布置雙F－C回路手車式，其中主要元件熔斷器為WFNHO型高壓限流熔斷器，接觸器為JCZ2－6J/400-4機械保持型高壓真空接觸器。

2 26kV F－C開關(guān)柜的使用情況

自調(diào)試及投運一年多時間，不完全統(tǒng)計共發(fā)生223次各類開關(guān)故障，但不包括檢修緊急處理的缺陷。具體如下：

（1）開關(guān)柜五防檢查時，發(fā)現(xiàn)其中有部分6kV F－C手車在真空接觸器合閘后，對開關(guān)手車進(jìn)行推進(jìn)操作時，手車定位銷脫離定位孔，但真空接觸器仍未被機械打跳，存在開關(guān)合閘狀態(tài)可以推至工作位置，有帶負(fù)荷合刀閘的可能性，嚴(yán)重危害設(shè)備和人身安全。

（2）在運行操作中及檢修過程中共發(fā)現(xiàn)9臺次，由于開關(guān)驅(qū)動架結(jié)構(gòu)不合理，出現(xiàn)開關(guān)非全相分閘的情況。

（3）由于開關(guān)的性能不可靠，時常出現(xiàn)開關(guān)拒動[7]，造成設(shè)備的損壞報廢，嚴(yán)重時甚至導(dǎo)致高壓電機燒毀事故，造成不應(yīng)有的損失。開關(guān)拒分，其中較為嚴(yán)重的是發(fā)生兩次由于開關(guān)故障造成嚴(yán)重的設(shè)備損壞和一次電動拒動機械打跳失敗的事件。

l）輸灰 C空壓機故障發(fā)出跳閘指令后F－C開關(guān)拒動，造成輸灰C空壓機嚴(yán)重?zé)龤?經(jīng)與廠家人員一起檢查確認(rèn)，開關(guān)的電動分、合閘回路及保護(hù)動作情況正確，開關(guān)拒動原因為開關(guān)柜內(nèi)的分閘線圈的分閘力與開關(guān)分閘機構(gòu)的機械分閘力在臨界位置。當(dāng)分閘機構(gòu)有一定機械不靈活時，分閘線圈動作無法頂開開關(guān)的分閘機構(gòu)，同時導(dǎo)致開關(guān)的分閘線圈燒毀。

2）輸灰A空壓機在發(fā)出停機命令時，F(xiàn)－C開關(guān)電動拒分，但空壓機在停機命令發(fā)出的同時停壓縮機冷卻油電磁閥。由于開關(guān)電動拒分，輸灰A空壓機電機仍然運轉(zhuǎn)，而壓縮機冷卻油已停，造成主機斷油燒壞并使電機堵轉(zhuǎn)過流燒壞。經(jīng)檢查，開關(guān)B、C兩相高壓熔絲熔斷，開關(guān)分閘線圈未燒毀，開關(guān)手動分合閘操作正常，開關(guān)在試驗位置電動分閘15次，開關(guān)動作正確。

3) 運行操作停#0B輸煤皮帶，在操作檢查時發(fā)現(xiàn)#0B輸煤皮帶的電度表未停轉(zhuǎn)，電機保護(hù)器仍有電流指示。查開關(guān)位置指示器，位置指示器顯示開關(guān)分閘，#0B輸煤皮帶仍在運行，開關(guān)柜上分合閘指示燈均無顯示，運行人員就地進(jìn)行機械打跳但真空接觸器仍未分閘。檢修維護(hù)人員到場后對#0B輸煤皮帶開關(guān)柜及開關(guān)現(xiàn)場檢查處理，#0B輸煤皮帶開關(guān)經(jīng)二十幾次機械打跳后，真空接觸器分閘，分閘后檢查電機保護(hù)器無電流指示、電度表停、分閘指示綠燈亮，運行人員在確定#0B輸煤皮帶已停下后，將開關(guān)拉至檢修位置，對開關(guān)進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)開關(guān)分閘機構(gòu)兩只安裝螺絲一只已經(jīng)脫落，開關(guān)分閘機構(gòu)向下歪斜，機械打跳的橫拉桿彎曲。裝復(fù)真空接觸器分閘機構(gòu)，更換機械打跳的橫拉桿，真空接觸器機械打跳分閘操作恢復(fù)正常。

（4）開關(guān)結(jié)構(gòu)不合理，在運行操作中發(fā)現(xiàn)6臺開關(guān)出現(xiàn)非全相分閘；以及機構(gòu)內(nèi)部機械零部件強度差，出現(xiàn)零部件彎曲變形。

（5）開關(guān)柜內(nèi)接地閘刀為上開下合式，如出現(xiàn)接地閘刀操作拉桿變形或銷子斷裂，就存在帶電合接地閘刀的嚴(yán)重隱患，在運行中已經(jīng)出現(xiàn)過接地閘刀往下倒到一半的位置。

（6）接觸器內(nèi)的輔助開關(guān)質(zhì)量差，經(jīng)常出現(xiàn)輔助開關(guān)斷裂；開關(guān)柜內(nèi)的手車位置開關(guān)質(zhì)量差，復(fù)位性能差、經(jīng)常造成開關(guān)無法合閘。

3 6kV F－C開關(guān)柜的問題分析及對策

在6kV F－C開關(guān)柜產(chǎn)品質(zhì)量問題導(dǎo)致的故障發(fā)生以后，引起各方的高度重視，為確保F－C開關(guān)柜和輸灰空壓機的安全可靠運行和F－C開關(guān)的正確動作，多次與F－C開關(guān)柜廠家技術(shù)人員進(jìn)行設(shè)備現(xiàn)場檢查解體、分析原因和制訂整改措施并形成多份會議紀(jì)要，并與生產(chǎn)廠家技術(shù)研發(fā)組就F－C開關(guān)柜發(fā)現(xiàn)的一系列質(zhì)量問題進(jìn)行了專題討論，針對出現(xiàn)的問題要求廠家對6kV接觸器的結(jié)構(gòu)和部件質(zhì)量進(jìn)行改進(jìn)和完善。

表一：故障類型、原因及發(fā)生次數(shù)

采取的主要措施如下：

針對真空接觸器非全相分閘的現(xiàn)象，根據(jù)對真空接觸器現(xiàn)場解體檢查情況分析，真空接觸器的驅(qū)動架結(jié)構(gòu)不合理，驅(qū)動架上無真空泡的拉桿定位結(jié)構(gòu)，在分閘過程中真空泡的拉桿會出現(xiàn)從驅(qū)動架上脫出，導(dǎo)致發(fā)生真空接觸器非全相分閘的現(xiàn)象出現(xiàn)。為防止6kV F－C開關(guān)出現(xiàn)非全相分閘的現(xiàn)象，要求由制造廠重新設(shè)計有真空泡的拉桿定位結(jié)構(gòu)接觸器驅(qū)動架，并更換所有接觸器的驅(qū)動架。在廠家提供改型后的驅(qū)動架到貨后更換開關(guān)驅(qū)動架，并重新做開關(guān)動作特性試驗。

為防止6kV F－C開關(guān)的真空接觸器經(jīng)常由于分閘拒動分閘線圈長時間通電致使出現(xiàn)分閘線圈燒毀[8]；在分閘回路中再串接一對跳閘繼電器的常開接點[9]。

真空接觸器經(jīng)常出現(xiàn)不能可靠分閘，在檢查處理時發(fā)現(xiàn)僅需要對分閘機構(gòu)進(jìn)行加油潤滑、接觸器就分合閘動作正常，但使用一段時間后又會出現(xiàn)故障。經(jīng)分析認(rèn)為，分閘線圈的動作力偏小，分閘機構(gòu)出現(xiàn)積灰或輕微卡澀就無法可靠分閘。要求廠家對分閘線圈按原設(shè)計匝數(shù)適當(dāng)增加安匝數(shù)，增強分閘線圈的分閘動作力，并通過驗證確保在額定電壓65%動作可靠，保證 F－C開關(guān)可靠分閘。

檢修時經(jīng)常發(fā)現(xiàn)由于內(nèi)部機械零部件強度差，分閘脫扣機構(gòu)出現(xiàn)零部件彎曲變形。根據(jù)實際情況對分閘脫扣機構(gòu)零部件做了機械強度加強和提高表面光潔度等改進(jìn)，提高了分閘脫扣機構(gòu)可靠性[10]。

為防止輸灰空壓機在正常停機過程中F－C開關(guān)的真空接觸器拒動[11]，空壓機電機仍在運轉(zhuǎn)、而空縮機潤滑冷卻油在空壓機停機指令發(fā)出的同時收到停止指令，造成空壓機斷油引起電機的堵轉(zhuǎn)、過流、燒壞。由空壓機廠家更改空壓機停機時壓縮機冷卻油電磁閥的控制程序[12]，改成等F－C開關(guān)的跳閘信號返回后[13]，再停壓縮機冷卻油電磁閥。

開關(guān)柜手車為推入式結(jié)構(gòu)，且導(dǎo)軌精度低，推至工作位置時，觸頭易上下或左右偏離[14]，接觸面減小觸頭發(fā)熱。并且手車工作與試驗位置無指示，無直觀的觀察點[9]，以及所采用的部分零部件質(zhì)量差，運行人員操作時只能根據(jù)手車的定位銷和靠運行操作人員感覺和經(jīng)驗來判別手車是否到位，極不不可靠。

鑒于6kV F-C開關(guān)機構(gòu)在運行中頻繁發(fā)生由于分閘機構(gòu)卡澀[12]分閘線圈燒毀現(xiàn)象，根據(jù)廠家的建議，特制定了對6kV F-C開關(guān)檢修規(guī)定，每隔三個月對頻繁分合的6kV F-C開關(guān)分閘機構(gòu)進(jìn)行一次檢查和加油潤滑[l3]，其余的6kV F-C開關(guān)每隔六個月檢修部門必須對6kV F-C開關(guān)分閘機構(gòu)部分進(jìn)行一次檢查和加油潤滑，確保6kV F-C開關(guān)機構(gòu)完好。同時作好6kV F-C開關(guān)機構(gòu)檢查加油記錄，到加油周期后，檢修部門對6kV F-C開關(guān)機構(gòu)分閘部分進(jìn)行檢查和加油潤滑。運行部門操作送電時，6kV F-C開關(guān)送至工作位置前必須在試驗位置進(jìn)行開關(guān)多次分合閘試驗，在確認(rèn)開關(guān)分合閘正常后方可送至工作位置。開關(guān)在電動分閘失敗后，必須立即就地對開關(guān)進(jìn)行機械打跳。為了防止分閘線圈長期通電燒毀線圈，將分閘脈沖由10秒改為3秒。

4 結(jié)論

根據(jù)溫州發(fā)電廠#3、#4機組交流金屬鎧裝全封閉手車式F－C開關(guān)在安裝、調(diào)試及運行中頻繁出現(xiàn)故障，嚴(yán)重影響廠用電系統(tǒng)開關(guān)設(shè)備的可靠性和安全性，我們認(rèn)為該種F－C開關(guān)柜產(chǎn)品性能及質(zhì)量開關(guān)柜存有以下影響安全運行的問題：

接觸器整體工藝差，性能不可靠，頻繁出現(xiàn)開關(guān)拒動，造成設(shè)備的損壞報廢，以及非全相分閘危及設(shè)備和人身安全。

開關(guān)柜五防閉鎖機構(gòu)結(jié)構(gòu)差，時常出現(xiàn)五防功能失效。

開關(guān)柜內(nèi)配置的接地閘刀為上開下合式結(jié)構(gòu)，檢修中發(fā)現(xiàn)由于操作連桿變形和拉桿螺紋滑牙致使出現(xiàn)接地閘刀與帶電部位安全距離縮小，如拉桿螺紋完全脫出可能會出現(xiàn)接地閘刀自由落下發(fā)生帶電合接地閘刀的事故出現(xiàn)。

接觸器的結(jié)構(gòu)不合理，如需更換接觸器的合閘線圈，須將接觸器徹底解體，更換完合閘線圈裝復(fù)時，還需要重新調(diào)整接觸器的行程和進(jìn)行機械特性試驗。

鑒于天水長城開關(guān)廠生產(chǎn)的F－C開關(guān)柜的實際情況，筆者根據(jù)經(jīng)驗針對性處理所發(fā)現(xiàn)的問題，對真空接觸器部件和配件及開關(guān)手車局部機構(gòu)進(jìn)行了一系列的整改和更換后，真空接觸器及開關(guān)手車的性能和可靠性有一定的提高，缺陷明顯減少，保證了廠用電系統(tǒng)開關(guān)設(shè)備的可靠性和安全性，但畢竟只是對設(shè)備存在的部分設(shè)計缺陷進(jìn)行整改，無法使該型號真空接觸器性能上有很大改變，經(jīng)過幾年時間的運行后，由于機構(gòu)的機械磨損又出現(xiàn)部分真空接觸器分合閘卡澀現(xiàn)象。為了保證廠用電系統(tǒng)開關(guān)設(shè)備的可靠性和安全性，還需繼續(xù)對真空接觸器機構(gòu)部分做好長期針對性的檢查維護(hù)工作。