南水北調(diào)臺兒莊泵站設(shè)備保護(hù)誤動作分析

任慶旺，呂曉理，陳 偉

（南水北調(diào)東線山東干線有限責(zé)任公司，山東 濟(jì)南 250109）

臺兒莊泵站工程為南水北調(diào)東線工程大型調(diào)水泵站，位于山東省棗莊市境內(nèi)，其主要任務(wù)是抽引駱馬湖來水通過韓莊運(yùn)河向北輸送，以實(shí)現(xiàn)南水北調(diào)東線工程向北調(diào)水的目的，結(jié)合排澇并改善韓莊運(yùn)河的航運(yùn)條件。臺兒莊泵站為大（1）型泵站，工程等別為Ⅰ等，共設(shè)5套水泵機(jī)組，4用1備，總裝機(jī)容量1.2萬kW。在南水北調(diào)大型調(diào)水泵站中，主設(shè)備保護(hù)是泵站設(shè)備的重要組成部分，也是泵站主設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行的可靠保障。本文針對南水北調(diào)東線臺兒莊泵站因保護(hù)中電氣回路接線不規(guī)范、保護(hù)邏輯程序設(shè)計(jì)不合理所引起的兩起保護(hù)誤動作典型事件進(jìn)行分析。

1 變壓器溫度保護(hù)誤動作事件分析

1.1 事故經(jīng)過

2015年5月6日，臺兒莊泵站機(jī)組正常運(yùn)行中。17時(shí)30分，正常運(yùn)行的2#主變壓器進(jìn)出線兩側(cè)斷路器突然跳閘，變壓器切出，停止運(yùn)行，后臺顯示“2#主變開關(guān)箱定子溫度過高”報(bào)警信息。

1.2 運(yùn)行情況

1）氣象條件。當(dāng)天天氣為小到中雨，有雷電發(fā)生，這種氣象極容易引起高壓電氣設(shè)備、各類線纜等的絕緣能力降低。2）運(yùn)行情況。通過詢問現(xiàn)場運(yùn)行值班人員，事故發(fā)生前，主變壓器運(yùn)行一切正常，且無運(yùn)行工況調(diào)整及設(shè)備投切等操作。

1.3 現(xiàn)場檢查

1）現(xiàn)場溫度儀表及變壓器檢查。變壓器本體所裝設(shè)溫度測量保護(hù)儀表溫度保護(hù)整定值為105℃，變壓器運(yùn)行最高溫度為48℃，未達(dá)到保護(hù)上限值。事故發(fā)生后，現(xiàn)場人員采用紅外測溫儀對變壓器本體溫度及時(shí)進(jìn)行了測量，本體溫度為43.9℃，無明顯異常。2）后臺及保護(hù)檢查。后臺保護(hù)動作信息為“2#主變開關(guān)箱定子溫度過高”，但調(diào)閱事故發(fā)生時(shí)變壓器組運(yùn)行情況，其運(yùn)行溫度為46.96℃，未超過保護(hù)上限值。保護(hù)裝置顯示“主變溫度過高保護(hù)動作”，動作出口K707、K907。3）保護(hù)儀表信號線纜檢查。經(jīng)測量，現(xiàn)場保護(hù)儀表信號線纜出口有報(bào)警信號輸出，解除電纜后，測量保護(hù)儀表信號輸出端子，無報(bào)警信號輸出。由此發(fā)現(xiàn)，保護(hù)儀表信號線纜存在問題。單獨(dú)測量信號線纜，發(fā)現(xiàn)信號線纜各線芯之間存在短路，導(dǎo)致溫度保護(hù)回路導(dǎo)通，輸出“主變溫度過高”信號。

1.4 保護(hù)誤動作原因分析

根據(jù)上述現(xiàn)場檢查情況，主要原因?yàn)楝F(xiàn)場溫度測量保護(hù)儀表信號輸出電纜線芯間短路，導(dǎo)致保護(hù)裝置接收錯(cuò)誤信號，觸發(fā)保護(hù)動作。經(jīng)進(jìn)一步檢查，現(xiàn)場溫度測量保護(hù)儀表XMT信號輸出電纜中間存在接頭，設(shè)備安裝施工期間，僅采用絕緣膠帶進(jìn)行了簡單處理。經(jīng)長時(shí)間運(yùn)行，電纜護(hù)管老化損壞，電纜接頭處絕緣膠帶亦老化失效，加之事故發(fā)生時(shí)，天氣為小到中雨，雨水順著破損的電纜護(hù)管流到電纜接頭處，導(dǎo)致接頭處線纜線芯之間發(fā)生短路，保護(hù)裝置P632接收到錯(cuò)誤的保護(hù)信號，立即出發(fā)保護(hù)動作，開關(guān)控制柜跳閘回路閉合，斷路器跳閘，1#主變切出，后臺系統(tǒng)顯示保護(hù)報(bào)警、斷路器動作信息。

2 電機(jī)溫度過高誤報(bào)警事件分析

2.1 事故經(jīng)過

2015年4月27日，臺兒莊泵站機(jī)組正常運(yùn)行中。9時(shí)36分18秒，正常運(yùn)行的3#主電動機(jī)突然跳閘，停止運(yùn)行，后臺顯示“3#機(jī)組電機(jī)軸瓦溫度過高（跳閘）75℃”報(bào)警信息。

2.2 運(yùn)行情況

1）機(jī)組運(yùn)行工況。事故發(fā)生前，主電機(jī)電源電壓為10.67kV，定子A相電流為77.2A，B相電流為77.0A，C相電流為76.0A，勵(lì)磁電壓為125V，勵(lì)磁電流為150.8A，電機(jī)運(yùn)行功率為1308kW。主電動機(jī)運(yùn)行電壓、電流及功率均未超額定值。2）運(yùn)行情況。通過詢問現(xiàn)場運(yùn)行值班人員，事故發(fā)生前，3#主電動機(jī)運(yùn)行一切正常，且無運(yùn)行工況調(diào)整等操作。3）負(fù)載情況。事故發(fā)生前，泵站進(jìn)水池水位為22.72m，出水池水位為25.05m，水泵機(jī)組揚(yáng)程為2.33m，流量為31.4m3/s，揚(yáng)程、流量均無明顯波動。

2.3 現(xiàn)場檢查

1）后臺檢查。后臺保護(hù)動作信息為“3#機(jī)組電機(jī)軸瓦溫度過高（跳閘）75℃”，調(diào)閱事故發(fā)生前后3#主電動機(jī)軸瓦溫度數(shù)據(jù)，推力瓦6在事故發(fā)生時(shí)，出現(xiàn)溫度增大突變，溫度值為98℃，隨即恢復(fù)正常溫度，其余測點(diǎn)溫度正常。2）保護(hù)檢查。保護(hù)裝置指示燈LED8亮，顯示“機(jī)組冷卻水中斷、失步、溫度過高保護(hù)動作”。3）溫度傳感器及信號線纜檢查。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，主電動機(jī)本體溫度測量端子箱處，對應(yīng)推力瓦6溫度測點(diǎn)的端子緊固螺絲存在松動，在人員觸動溫度信號傳輸電纜時(shí)，溫度巡檢儀信號入口處溫度信號存在波動。

2.4 保護(hù)誤動作原因分析

1）主要原因。主電動機(jī)溫度測量回路中，自主電機(jī)本體溫度測量端子箱至溫度巡檢儀之間的線纜為單股多芯硬銅線，該線纜直接采用普通端子排壓接，屬于硬連接，機(jī)組長時(shí)間運(yùn)行，其震動造成個(gè)別端子排壓接螺絲松動，溫度信號電纜與端子排接觸電阻產(chǎn)生增大突變，導(dǎo)致溫度測量信號傳輸整條線路電阻增大，溫度巡檢儀測得該測點(diǎn)溫度值產(chǎn)生增大突變值，輸出給LCU柜，LCU柜根據(jù)溫度增大突變值進(jìn)行邏輯判斷，觸發(fā)了機(jī)組溫度高保護(hù)，導(dǎo)致機(jī)組跳閘。

2）次要原因。主電機(jī)溫度保護(hù)邏輯判斷設(shè)置存在一定缺陷，無容錯(cuò)設(shè)計(jì)。主電動機(jī)共設(shè)有12個(gè)定子溫度測點(diǎn)，所有測點(diǎn)數(shù)據(jù)在保護(hù)邏輯判斷設(shè)置中，均為單獨(dú)監(jiān)控、判斷和發(fā)出報(bào)警或動作，測點(diǎn)之間為或邏輯關(guān)系，而不是與邏輯關(guān)系，單獨(dú)一個(gè)測點(diǎn)發(fā)生問題就會觸發(fā)后臺保護(hù)動作。

3 防止保護(hù)誤動作建議

1）先行對主變壓器現(xiàn)場溫度測量保護(hù)儀表XMT信號輸出電纜中間接頭處進(jìn)行有效的絕緣處理，保證設(shè)備正常運(yùn)行。在設(shè)備停運(yùn)檢修期間，及時(shí)將存在中間接頭的現(xiàn)場溫度測量保護(hù)儀表XMT信號輸出電纜更換為整根電纜，徹底消除發(fā)生類似誤動作事件的隱患。

2）設(shè)備日常維修養(yǎng)護(hù)中，應(yīng)定期對主電動機(jī)溫度信號測量回路（尤其是電阻式溫度傳感器）端子進(jìn)行檢查，緊固端子螺絲，確保整個(gè)測量回路電阻值在規(guī)定范圍內(nèi)。對主電動機(jī)本體溫度測量端子箱處電纜連接方式進(jìn)行改進(jìn)，將硬連接改為軟連接，防止由于機(jī)組運(yùn)行震動，導(dǎo)致端子緊固螺絲松動，引發(fā)溫度保護(hù)誤動作。

3）優(yōu)化主電動機(jī)溫度保護(hù)邏輯判斷設(shè)置，將單點(diǎn)單次判斷模式，優(yōu)化為多點(diǎn)連續(xù)判斷模式，提高溫度保護(hù)的容錯(cuò)性、可靠性。

4）年度電氣設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)期間，對設(shè)備保護(hù)、測量、控制等回路中的電纜進(jìn)行電阻、線芯間絕緣等檢查。