電站勵(lì)磁交流開關(guān)輔助觸點(diǎn)機(jī)構(gòu)故障分析

康曉義，陳昌山，任曉婷

(河南國網(wǎng)寶泉抽水蓄能有限公司，河南 新鄉(xiāng) 453636)

0 引言

斷路器輔助開關(guān)是反映斷路器操作機(jī)構(gòu)位置和信號(hào)的開關(guān)， 常作為二次控制回路的分、合閘控制以及連鎖保護(hù)接點(diǎn)，它是斷路器中二次控制回路的關(guān)鍵元器件[1]。斷路器失效的原因是多方面的，其輔助開關(guān)失效是斷路器失效的主要原因之一，它不僅影響斷路器本身的工作可靠性，還影響控制系統(tǒng)工作的可靠性[2]。勵(lì)磁交流開關(guān)除了用于給勵(lì)磁系統(tǒng)供電外，其輔助觸點(diǎn)還用于自身控制系統(tǒng)、勵(lì)磁控制系統(tǒng)以及監(jiān)控系統(tǒng)，因此其輔助觸點(diǎn)機(jī)構(gòu)的可靠性直接關(guān)系到發(fā)電機(jī)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性，對(duì)于電站安全生產(chǎn)來說，提升勵(lì)磁交流開關(guān)可靠性是項(xiàng)必要的課題。

1 概況

某抽水蓄能電站工程位于河南省新鄉(xiāng)市輝縣境內(nèi)，為國家重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，總裝機(jī)容量4×30萬kW共120萬kW。該電站位于電網(wǎng)負(fù)荷中心，地處華中電網(wǎng)、華北電網(wǎng)、西北電網(wǎng)的交叉點(diǎn)和支撐點(diǎn)上，承擔(dān)電網(wǎng)調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相以及事故備用等任務(wù)。

該電站勵(lì)磁系統(tǒng)由ALSTOM公司提供，型號(hào)為P320 AVR V1系列，采用自并勵(lì)可控硅靜態(tài)勵(lì)磁方式，勵(lì)磁電源取自機(jī)變單元主變低壓側(cè)經(jīng)勵(lì)磁變供給。勵(lì)磁變與勵(lì)磁功率單元間配置一臺(tái)勵(lì)磁交流開關(guān)，為ABB產(chǎn)品E3S-2000系列400 V開關(guān)，在功率單元與轉(zhuǎn)子引線間配置一臺(tái)勵(lì)磁直流開關(guān)，如圖1所示。勵(lì)磁交直流開關(guān)在勵(lì)磁投入和退出過程中是聯(lián)合聯(lián)分關(guān)系。勵(lì)磁投入時(shí)合閘令作用于交流斷路器，交流斷路器合閘后通過輔助觸點(diǎn)聯(lián)動(dòng)合上勵(lì)磁直流開關(guān)；勵(lì)磁退出時(shí)分閘令作用于勵(lì)磁直流開關(guān)，直流開關(guān)分閘后其輔助接點(diǎn)聯(lián)動(dòng)跳開勵(lì)磁交流開關(guān)。

2 勵(lì)磁交流開關(guān)輔助觸點(diǎn)機(jī)構(gòu)簡述

勵(lì)磁交流開關(guān)選型過程中，采用了4副PR121型本體觸點(diǎn)和4副15CO型外擴(kuò)輔助觸點(diǎn)，一共8副觸點(diǎn)，如圖2所示。因此，輔助觸點(diǎn)聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)有兩部分組成，分別為本體輔助觸點(diǎn)聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)和外擴(kuò)展輔助觸點(diǎn)聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)。

圖2 勵(lì)磁交流開關(guān)輔助觸點(diǎn)配置

本體輔助觸點(diǎn)聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由輔助觸點(diǎn)端子排和輔助觸點(diǎn)聯(lián)動(dòng)拐臂組成。開關(guān)本體分合時(shí)內(nèi)部本體機(jī)構(gòu)傳動(dòng)卡板聯(lián)動(dòng)輔助觸點(diǎn)聯(lián)動(dòng)拐臂動(dòng)作，使得輔助觸點(diǎn)隨開關(guān)分合而實(shí)現(xiàn)變位。

外擴(kuò)展輔助觸點(diǎn)聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括本體傳動(dòng)拐臂、拐臂行程卡板、彈簧、傳動(dòng)軟線纜固定板、復(fù)位彈簧、傳動(dòng)軟線纜、操作連桿、輔助觸點(diǎn)排等組成。開關(guān)本體分合時(shí)由內(nèi)部本體機(jī)構(gòu)帶動(dòng)傳動(dòng)拐臂動(dòng)作，傳動(dòng)拐臂帶動(dòng)拐臂行程卡板上下滑動(dòng)并聯(lián)動(dòng)拉緊或放松傳動(dòng)線纜，傳動(dòng)線纜帶動(dòng)操作連桿實(shí)現(xiàn)輔助觸點(diǎn)的分合。

3 故障經(jīng)過

某日，3號(hào)機(jī)發(fā)電工況啟機(jī)時(shí)，流程至投勵(lì)磁時(shí)，監(jiān)控報(bào)警：16:53:49 03GEX_103IA_DI_F 2ND STAGE EXCIT. NORMAL->FAULT;16:53:49 03GTA_001XV_DI_TRP UNIT MASTER TRIP GTA-001XV N-TRP->TRIPPED。

機(jī)組勵(lì)磁二級(jí)故障導(dǎo)致機(jī)組轉(zhuǎn)緊急停機(jī)，現(xiàn)地查看LCP上報(bào)警信息，只有 Second Stage Excitation Fault即勵(lì)磁二級(jí)故障一條報(bào)警信息，查看圖紙分析可知導(dǎo)致勵(lì)磁二級(jí)故障的原因有以下5種。

(1) 勵(lì)磁正常狀態(tài)下勵(lì)磁交流開關(guān)在分位而勵(lì)磁直流開關(guān)在合位。

(2) 1號(hào)和2號(hào)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器看門狗均故障。

(3) 1號(hào)和2號(hào)整流橋脈沖觸發(fā)均無效。

(4) 轉(zhuǎn)子過電壓故障。

(5) 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器組態(tài)發(fā)出跳閘命令。

現(xiàn)地檢查發(fā)現(xiàn)，勵(lì)磁交流斷路器外擴(kuò)展輔助觸點(diǎn)傳動(dòng)軟線纜固定板上固定傳動(dòng)軟線纜的連接螺栓下端螺母松脫，導(dǎo)致輔助觸點(diǎn)與斷路器本體的機(jī)械連接失去聯(lián)動(dòng)，輔助觸點(diǎn)不能正確反饋斷路器在合閘的位置狀態(tài)，最終導(dǎo)致交直流開關(guān)分合狀態(tài)不一致，觸發(fā)可導(dǎo)致勵(lì)磁二級(jí)故障啟動(dòng)條件中的第(1)類條件。由此判斷輔助觸點(diǎn)傳動(dòng)軟線纜的固定連接螺栓松脫是本次故障的直接原因。

4 故障分析與處理方法探討

對(duì)松脫的傳動(dòng)軟線纜的固定連接螺栓下端螺母復(fù)原發(fā)現(xiàn)，在安裝時(shí)，此螺帽與螺栓的把合螺紋較少，且沒有防松動(dòng)鎖緊措施，導(dǎo)致螺母在勵(lì)磁交流開關(guān)頻繁動(dòng)作過程中受拐臂行程卡板拉力和振動(dòng)影響逐漸松脫。由于勵(lì)磁投入時(shí)合閘命令作用于交流開關(guān)合閘回路，交流開關(guān)合閘后其輔助觸點(diǎn)聯(lián)動(dòng)啟動(dòng)勵(lì)磁直流開關(guān)合閘回路，考慮故障時(shí)直流開關(guān)已在合閘位，由此判斷該螺母是在直流開關(guān)合閘后松脫，最終觸發(fā)勵(lì)磁二級(jí)故障。

為了盡快消除缺陷，恢復(fù)機(jī)組備用狀態(tài)，采用臨時(shí)處理措施，對(duì)松脫的固定螺栓加墊片并在螺栓端部涂抹螺絲鎖固膠后，經(jīng)開關(guān)分合測試，各信號(hào)正常，機(jī)組恢復(fù)備用。

雖然本次缺陷臨時(shí)得到了較為妥當(dāng)?shù)奶幚?，但通過查看缺陷記錄發(fā)現(xiàn)，在機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)故障的缺陷中外擴(kuò)展輔助觸點(diǎn)機(jī)構(gòu)故障占總故障的57.14 %。故障部位涉及本體傳動(dòng)拐臂、拐臂行程卡板、平衡復(fù)位彈簧、傳動(dòng)軟線纜固定螺母、輔助觸點(diǎn)等幾乎輔助觸點(diǎn)機(jī)構(gòu)的所有構(gòu)成部件，具體統(tǒng)計(jì)詳見表1。雖然可以通過定期檢查維護(hù)提前發(fā)現(xiàn)并消除一部分缺陷，使得該類故障明顯減少，但由于該輔助觸點(diǎn)機(jī)構(gòu)復(fù)雜、中間環(huán)節(jié)多、薄弱點(diǎn)多，導(dǎo)致各類維保手段的落實(shí)仍不能徹底消除故障隱患，嚴(yán)重威脅機(jī)組的安全可靠運(yùn)行，亟需研究一種徹底的解決方法。

表1 勵(lì)磁系統(tǒng)歷史故障情況統(tǒng)計(jì)

5 改造方案

為了徹底消除現(xiàn)有輔助觸點(diǎn)機(jī)構(gòu)隱患，該抽水蓄能電站在充分討論基礎(chǔ)上形成兩種方案，一種為修改機(jī)組控制流程，將交流開關(guān)保持常閉狀態(tài)，勵(lì)磁投退只通過勵(lì)磁直流開關(guān)或功率單元脈沖閉鎖控制實(shí)現(xiàn)；第二種為將外擴(kuò)展輔助觸點(diǎn)機(jī)構(gòu)取消，對(duì)開關(guān)本體輔助觸點(diǎn)進(jìn)行升級(jí)改造?？紤]到第一種方案需要改動(dòng)程序較多，實(shí)施難度大等問題，最終選擇了第二種改造方案。

聯(lián)系設(shè)備廠家，說明改造需要后，定制了64CO型本體輔助觸點(diǎn)機(jī)構(gòu)，新的本體輔助觸點(diǎn)機(jī)構(gòu)觸點(diǎn)數(shù)量較原型號(hào)有了較大的擴(kuò)展，由4副觸點(diǎn)擴(kuò)展為10副觸點(diǎn)。改造后將圖2中交流開關(guān)的8副觸點(diǎn)全部接入定制的輔助觸點(diǎn)機(jī)構(gòu)上，其中4副原取自于斷路器本體的觸點(diǎn)接線接至64CO中(11/12，13/14，21/22，23/24)端子，另外4副外擴(kuò)輔助觸點(diǎn)15CO的觸點(diǎn)(201/204，211/212，221/224，231/234)接線分別接至64CO中的(43/44，31/32，33/34，41/42)端子，并將外擴(kuò)展輔助觸點(diǎn)機(jī)構(gòu)全部拆除。

6 結(jié)論

抽水蓄能電站在電網(wǎng)中主要起到調(diào)峰調(diào)頻和事故備用功能，機(jī)組運(yùn)行具有啟動(dòng)頻繁的特點(diǎn)，對(duì)應(yīng)勵(lì)磁交流開關(guān)的頻繁動(dòng)作也對(duì)勵(lì)磁交流開關(guān)輔助觸點(diǎn)機(jī)構(gòu)的可靠性提出了更高的要求。本次勵(lì)磁交流開關(guān)外擴(kuò)展輔助觸點(diǎn)機(jī)構(gòu)改造后，新的輔助觸點(diǎn)機(jī)構(gòu)省去了開關(guān)本體到外擴(kuò)輔助觸點(diǎn)中間的復(fù)雜機(jī)構(gòu)環(huán)節(jié)，極大提升了輔助觸點(diǎn)機(jī)構(gòu)動(dòng)作可靠性，使原外擴(kuò)展輔助觸點(diǎn)機(jī)構(gòu)隱患得以徹底消除。由此得出，盡可能減少斷路器輔助觸點(diǎn)機(jī)構(gòu)中間環(huán)節(jié)是提升斷路器輔助觸點(diǎn)機(jī)構(gòu)可靠性的有效手段，這為今后斷路器選型或輔助觸點(diǎn)機(jī)構(gòu)改造提供了經(jīng)驗(yàn)借鑒。