6kV斷路器非全相運(yùn)行的分析和應(yīng)對措施

李文博

摘要：6kV斷路器作為發(fā)電廠重要的廠用電配電設(shè)備，承擔(dān)著大功率負(fù)荷斷路器、變壓器、母線斷路器等多項(xiàng)職能。斷路器連桿斷裂、分合閘機(jī)構(gòu)故障、觸頭損壞等因素會(huì)導(dǎo)致的6kV斷路器的單相、兩相運(yùn)行，嚴(yán)重影響運(yùn)行人員的判斷，或?qū)е略O(shè)備異常運(yùn)行，進(jìn)而導(dǎo)致事故擴(kuò)大。文章針對兩起6kV斷路器非全相運(yùn)行的案例，對事件背后的原因進(jìn)行分析，并對于運(yùn)行人員就類似事件的處理提供了應(yīng)對措施。

關(guān)鍵詞：非全相運(yùn)行??斷路器??發(fā)電廠??集控運(yùn)行

中圖分類號：TP393????文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Analysis?and?Countermeasures?for?the?Open-Phase?Operation?of?the?6kV?Circuit?Breaker

LI?Wenbo

（Huaneng?Wuhan?Power?Generation?Co.，Ltd.，?Wuhan，Hubei?Province，430415?China）

Abstract：?As?important?power?distribution?equipment?of?station?services?in?power?plants，?6kV?circuit?breakers?undertake?many?functions?such?as?high-power?load?circuit?breakers，?transformers，?and?bus?circuit?breakers.?The?breakage?of?the?connecting?rod?of?the?circuit?breaker，?the?failure?of?the?switching?closing?mechanism，?the?damage?of?the?contact?and?other?factors?can?lead?to?the?single-phase?and?two-phase?operation?of?6kV?circuit?breakers，?which?will?seriously?affect?the?judgment?of?operators，?or?cause?the?equipment?to?operate?abnormally，?and?then?lead?to?the?expansion?of?the?accident.?In?view?of?two?cases?;of?the?open-phase?operation?of?6kV?circuit?breakers，?this?paper?analyzes?the?reasons?behind?incidents，?and?provides?countermeasures?for?operators?to?deal?with?similar?incidents.

Key?Words：?Open-phase?operation;?Circuit?breaker;?Power?plant;?Centralized?operation

6kV斷路器現(xiàn)被廣泛應(yīng)用于發(fā)電廠用電系統(tǒng)，通常作為廠用電系統(tǒng)的高電壓等級配電裝置，負(fù)責(zé)大功率負(fù)荷斷路器、變壓器、母線的電能傳輸，開斷次數(shù)多、負(fù)載電流大。一旦6kV斷路器出現(xiàn)非全相、單相接地等故障，輕則導(dǎo)致運(yùn)行人員判斷失誤，機(jī)組被迫限出力，重則導(dǎo)致機(jī)組非停，高壓設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞，人身傷亡等事故[1]。發(fā)現(xiàn)6kV斷路器非全相，需要及時(shí)判斷事故成因，及時(shí)處理。

1?6kV小車斷路器結(jié)構(gòu)原理簡介

以ABB公司生產(chǎn)的6kV斷路器3AH3為例[2]，其外部結(jié)構(gòu)由上極帽、支撐桿、真空滅弧室、下極帽、絕緣拉桿、操動(dòng)機(jī)構(gòu)、插頭/插座、絕緣子、相間絕緣隔板、儲能手柄、儲能/分合閘狀態(tài)指示、動(dòng)作計(jì)數(shù)器、分合閘按鈕構(gòu)成；其內(nèi)部結(jié)構(gòu)由齒輪箱、輔助開關(guān)、合閘彈簧、合閘線圈、儲能電機(jī)、分閘彈簧等元件構(gòu)成。結(jié)構(gòu)圖見圖1、圖2。

該斷路器為西門子公司在1999年所開發(fā)的新型三相真空斷路器。額定電壓為7.236kV。可廣泛用于配電系統(tǒng)和大工業(yè)用戶，該型號斷路器相比其他型號能更有效地切合大容量負(fù)荷電路。其中，機(jī)構(gòu)箱內(nèi)包含了用于分合斷路器的所有機(jī)械和電氣單元，其上有一塊可拆卸的面板，面板上有操作和指示設(shè)備的開孔。真空滅弧室是斷路器動(dòng)靜觸頭接合的地方，腔室內(nèi)以高真空作為滅弧介質(zhì)，以保證電弧快速熄滅。由于滅弧室的靜態(tài)壓力極低，為1×10-3Pa至1×10-5Pa，所以只需相當(dāng)小的觸頭間隙就可達(dá)到高的電介質(zhì)強(qiáng)度，在分閘過程中由電流在分開的觸頭間隙中產(chǎn)生的真空電弧易被熄滅。觸頭采用銅鉻合金制作，使得滅弧室斷口擁有恒定的高絕緣強(qiáng)度及高開斷次數(shù)。該真空滅弧室在開斷電流40kA以下時(shí)，電弧呈擴(kuò)散狀；若電流更大時(shí)，電弧呈收縮狀。此時(shí)橫向磁場產(chǎn)生的磁力使電弧沿著環(huán)形觸頭旋轉(zhuǎn)，把弧根分散到整個(gè)觸頭表面，使觸頭燒蝕均勻，在開斷更大電流時(shí)，則采用縱向磁場結(jié)構(gòu)。而且滅弧室尺寸保持小型化。縱向磁場產(chǎn)生的磁力使電弧始終呈現(xiàn)擴(kuò)散型，圓盤型觸頭表面均勻分布電弧，不會(huì)出現(xiàn)局部燒損現(xiàn)象。靜觸頭和滅弧室外殼固定在一起，動(dòng)觸頭與動(dòng)觸頭桿相連，位于導(dǎo)向管中。金屬波紋管連同高鋁瓷的絕緣外罩和下法蘭面，形成密封。斷路器內(nèi)部機(jī)構(gòu)的操作動(dòng)力是通過儲能彈簧來完成的。儲能彈簧為平面渦卷彈簧，擰緊平面渦卷彈簧將儲存足夠的能量以滿足斷路器操作的需要[1]。合閘前應(yīng)先通過電機(jī)或用手柄手動(dòng)儲能的方式，為機(jī)構(gòu)箱內(nèi)的合閘彈簧儲能。斷路器配有儲能電動(dòng)機(jī)，能自動(dòng)進(jìn)行儲能。如果儲能電動(dòng)機(jī)無法工作，可以用手動(dòng)繼續(xù)進(jìn)行操作并完成儲能。儲能完成后，若斷路器接受到合閘指令，則合閘線圈勵(lì)磁，使合閘彈簧釋放能量，帶動(dòng)絕緣拉桿完成合閘操作，同時(shí)合閘彈簧釋放的能量為分閘彈簧儲能。分閘時(shí)，分勵(lì)脫扣器勵(lì)磁，分閘彈簧釋放能量，帶動(dòng)絕緣拉桿完成分閘操作。整套分合閘操作可全部遠(yuǎn)方控制完成。負(fù)荷側(cè)得電后，接于負(fù)荷側(cè)的三相帶電指示燈應(yīng)閃爍。

斷路器在合閘位置時(shí)的主回路電流路徑是從小車上部接線端子經(jīng)滅弧室夾架連接到位于真空滅弧室內(nèi)部的靜觸頭，而后經(jīng)過動(dòng)觸頭及轉(zhuǎn)動(dòng)觸頭（或滾動(dòng)觸頭）至下部接線端子。小車斷路器與斷路器柜之間的信號、保護(hù)和控制線，通過一個(gè)二次插件來連接。小車斷路器只有在試驗(yàn)位置時(shí)，才能插上和拔下二次插件，如果在工作位置時(shí)，控制線插頭被鎖定，則不能拔出。另外小車斷路器在二次插件未接通之前僅能進(jìn)行手動(dòng)分閘，因小車合閘閉鎖電磁鐵未通電，所以無法手動(dòng)合閘。斷路器從小車上推入斷路器柜內(nèi)時(shí)，即咬合在試驗(yàn)位置，同時(shí)也可靠地連接到斷路器柜的接地系統(tǒng)，可以通過搖動(dòng)搖把將小車斷路器移至工作位置。該斷路器的使用方式較為簡單易學(xué)，操作便捷。使用者能夠快速上手。

2?異?，F(xiàn)象分析

2019年10月29日，某火力發(fā)電廠#2機(jī)組A修中。#2江邊變檢修后準(zhǔn)備押票送電試運(yùn)行。該變壓器位于江邊循環(huán)水泵房，為循環(huán)水泵房相關(guān)輔助電氣設(shè)備供電。#2機(jī)組值班員在拆除#2江邊變安措，搖測絕緣合格后，合上位于#2機(jī)組6kV2A段母線的#2江邊變高壓側(cè)斷路器。此時(shí)，江邊循環(huán)水泵房就地保護(hù)屏上來“6kV單相接地”掉牌，集控室DCS系統(tǒng)上來“6kVⅡ段單相接地”報(bào)警。盤上6kV母線相電壓顯示4.2kV、3.3kV、3.4kV。值班員立即拉開#2江邊變高壓側(cè)開關(guān)，將#2江邊變停電待進(jìn)一步處理。檢修人員就地檢查#2江邊變本體無異常，后重新試送一次，發(fā)現(xiàn)報(bào)警仍未消除。在#2江邊變低壓側(cè)用萬用表測量電壓，測得低壓側(cè)電壓三相分別為130V、230V、107V，同樣呈現(xiàn)一相升高兩相降低的現(xiàn)象。運(yùn)行人員懷疑為#2江邊變斷路器小車故障，停電布置安措后，于柜后下部觀察窗發(fā)現(xiàn)#2江邊變高壓側(cè)開關(guān)柜A相小車觸頭嚴(yán)重受損，觸頭絕緣罩破裂。小車觸頭被母線觸頭壓彎變形。合上#2江邊變斷路器后，變壓器相當(dāng)于不完全缺相運(yùn)行。經(jīng)檢修人員處理，更換開關(guān)觸頭和絕緣罩后，一次送電正常。事后對事故原因進(jìn)行分析，直接原因是大修時(shí)進(jìn)行斷路器檢修時(shí)小車觸頭未對正，不平整。在小車搖入間隔時(shí)，A相母線觸頭壓到小車觸頭上方。操作人員在搖入時(shí)發(fā)現(xiàn)阻力較大，仍用蠻力操作，導(dǎo)致小車觸頭擠壓變形，絕緣罩被擠破。母線觸頭與小車觸頭不完全接觸，導(dǎo)致三相電壓不平衡，發(fā)出“6kV母線單相接地報(bào)警”。

2020年1月13日，某火力發(fā)電廠#3機(jī)組值班員啟動(dòng)Ａ磨煤機(jī)不成功，DCS系統(tǒng)上有6.2A電流顯示，就地檢查斷路器無異常，綜合保護(hù)裝置無報(bào)警，6kV斷路器分閘指示綠燈點(diǎn)亮正常，斷路器柜帶電顯示裝置指示燈三相閃爍。經(jīng)檢修人員檢查，發(fā)現(xiàn)斷路器負(fù)荷側(cè)三相確已帶電，打開斷路器前擋板后發(fā)現(xiàn)B相絕緣拉桿脫落[3]致斷路器B相未分閘。檢修人員初步懷疑為A磨煤機(jī)上次停運(yùn)后，B相斷路器絕緣連桿由于金屬疲勞即已拉斷，致使另兩相分閘后，B相斷路器未分閘，但斷路器分、合位繼電器均已變位，斷路器指示燈已顯示分閘，唯一可以判斷異常的信號是三相帶電指示燈均閃爍。將A磨煤機(jī)掛牌，控制電源斷開后，經(jīng)技術(shù)人員研究決定，將A磨煤機(jī)斷路器所在3A段6kV母線停電后拉出斷路器小車最為安全可靠。1月14日，向調(diào)度申請降低機(jī)組負(fù)荷，6kV3A段母線負(fù)荷停運(yùn)，值班員將A磨煤機(jī)斷路器小車?yán)?，恢?fù)母線正常運(yùn)行。

3?應(yīng)對措施

發(fā)電機(jī)組廠用電系統(tǒng)在機(jī)組運(yùn)行和停備時(shí)都維持正常運(yùn)行。機(jī)組大修時(shí)，作為檢修標(biāo)項(xiàng)，6kV斷路器需要進(jìn)行多維度的試驗(yàn)與檢查。然而連桿脫落等問題偶發(fā)性高、先兆難以發(fā)覺，極難在大修標(biāo)項(xiàng)等檢查中發(fā)現(xiàn)，采用探傷等方式成本較高，且不容易實(shí)現(xiàn)。所以對于運(yùn)行人員的故障的發(fā)現(xiàn)和處理需要提出更高的要求，6kV斷路器非全相運(yùn)行的判據(jù)如下[4]。

（1）三相僅一相接通，負(fù)荷側(cè)應(yīng)無電流，帶電指示燈三相點(diǎn)亮，若負(fù)荷為電動(dòng)機(jī)，應(yīng)不旋轉(zhuǎn)，無運(yùn)行聲音。當(dāng)斷路器三相僅一相接通時(shí)，6kV母線三相電壓可能不平衡。

（2）三相僅兩相接通，若在斷路器分閘時(shí)出現(xiàn)，則負(fù)荷側(cè)有電流，帶電指示燈三相點(diǎn)亮，若負(fù)荷為電動(dòng)機(jī)，其電流有效值應(yīng)增大，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降，運(yùn)行聲音較大。在此種狀態(tài)下，電動(dòng)機(jī)工作于過載狀態(tài)，長時(shí)間過載會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)線圈繞組燒毀。6kV母線三相電壓可能不平衡。此時(shí)，應(yīng)立即讓斷路器合閘維持電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，啟動(dòng)另一母線上的備用設(shè)備，退出聯(lián)鎖，將故障斷路器所在6kV母線短時(shí)停電，迅速拉出故障斷路器小車恢復(fù)原來運(yùn)行方式。若在斷路器合閘時(shí)出現(xiàn)，相當(dāng)于短路狀態(tài)，可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備損壞，應(yīng)立刻將斷路器分閘，拉出故障斷路器小車進(jìn)行停電處理。

（3）當(dāng)6kV斷路器一合即跳，或是啟動(dòng)不成功時(shí)，應(yīng)首先對DCS系統(tǒng)、斷路器面板、保護(hù)裝置、母線電壓、現(xiàn)場設(shè)備等所有信號指示做一個(gè)綜合性判斷。首先，應(yīng)查閱DCS系統(tǒng)畫面，判斷設(shè)備狀態(tài)、電流信號（由于DCS系統(tǒng)采樣刷新率的原因，可能部分事故中無法采集到啟動(dòng)電流信號，但斷路器實(shí)際為一合即跳）。若斷路器確已分閘，值班員應(yīng)赴就地檢查斷路器柜狀態(tài)，特別是如今斷路器柜上多設(shè)有綜合保護(hù)裝置，能夠通過遙信報(bào)告等方式查看斷路器動(dòng)作歷史，相比DCS的數(shù)據(jù)能真實(shí)地反映斷路器所經(jīng)歷的事件。設(shè)備所屬值班員應(yīng)赴就地檢查設(shè)備情況，確認(rèn)設(shè)備是否損壞，是否有明顯的短路、燒傷、或是現(xiàn)場有人違規(guī)作業(yè)，嚴(yán)禁在未能弄清事故原因的情況下盲目重啟設(shè)備，以避免斷路器因保護(hù)跳開后二次合閘到故障點(diǎn)，造成事故擴(kuò)大。其次，應(yīng)避免僅憑一兩個(gè)信號就做出判斷的經(jīng)驗(yàn)主義思想。在非全相事故中，如果僅憑借電流、分合閘指示燈等信號，可能會(huì)判斷為負(fù)荷側(cè)的偶然性接地。倘若此時(shí)采用負(fù)荷側(cè)搖測絕緣的方式去進(jìn)一步驗(yàn)證，則可能在斷路器停電的過程中，小車操作過程中的震動(dòng)導(dǎo)致帶電觸頭觸碰到斷裂的裸露連桿或其他斷路器接地部分，反而導(dǎo)致事故的擴(kuò)大。

（4）來6kV母線單相接地報(bào)警信號時(shí)，若6kV系統(tǒng)為中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，保護(hù)配置多不會(huì)動(dòng)作跳閘。此時(shí)應(yīng)檢查6kV三相電壓情況，根據(jù)三相電壓判別接地故障相別和程度[5-6]，并確認(rèn)是否剛啟動(dòng)或停止了設(shè)備，若是則停止所啟動(dòng)設(shè)備運(yùn)行或檢查所停設(shè)備開關(guān)分閘是否正常，確認(rèn)接地信號是否消失。檢查6kV該段母線室內(nèi)設(shè)備是否有明顯的接地點(diǎn)。檢查6kV該段各開關(guān)是否有報(bào)警信號，如果有零序接地保護(hù)確已動(dòng)作而開關(guān)未跳閘的情況，應(yīng)匯報(bào)值長將該設(shè)備停運(yùn)。同時(shí)聯(lián)系電氣保護(hù)人員檢查各保護(hù)裝置零序電流情況，若零序電流偏大，優(yōu)先考慮將該設(shè)備停運(yùn)。檢查6kV該段各負(fù)荷，包括電動(dòng)機(jī)、變壓器、高壓變頻器有無被水淋濕的情況，有則將該設(shè)備停運(yùn)。如經(jīng)上述處理未發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)按先停次要負(fù)荷后停重要負(fù)荷的方法進(jìn)行接地選擇。選擇時(shí)，任何設(shè)備均不得用刀閘直接停電，在工作位置的小車開關(guān)均不得拉出。若無法排除，可以將接地段母線倒至備用電源供電，判斷是否為廠變分支接地。如果確定分支接地則設(shè)法排除，如接地點(diǎn)無法排除，則應(yīng)申請停機(jī)處理。若母線上負(fù)荷全部檢查完畢，接地點(diǎn)仍未消失，則應(yīng)判斷為6kV母線接地。此時(shí)應(yīng)倒換運(yùn)行方式，將故障母線盡快停電處理。

4?管理防范措施

（1）加強(qiáng)“兩票三制”管理，強(qiáng)化安全基礎(chǔ)。確保責(zé)任落實(shí)到位。加強(qiáng)全員、全過程、全方位安全生產(chǎn)管理，加強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)分級管控和隱患排查治理雙重機(jī)制建設(shè)。合理利用數(shù)字化平臺，對重要設(shè)備的健康狀況進(jìn)行定期監(jiān)督，突出抓好迎峰度冬、迎峰度夏期間、機(jī)組大小修等重點(diǎn)時(shí)段和機(jī)組啟停等重大操作的安全管理[7]。

（2）發(fā)揮技術(shù)監(jiān)督作用，定期對使用年限較長的斷路器進(jìn)行專項(xiàng)化檢查，做到一臺設(shè)備一個(gè)方案。對于使用壽命臨近的設(shè)備，要堅(jiān)決予以更換，嚴(yán)禁使用超齡超期設(shè)備。合理制訂檢修方案和計(jì)劃，提高主輔機(jī)設(shè)備可靠性；強(qiáng)化機(jī)組計(jì)劃性檢修管控力度，嚴(yán)格執(zhí)行檢修作業(yè)指導(dǎo)書，嚴(yán)把檢修工藝質(zhì)量關(guān)，履行檢修質(zhì)量負(fù)責(zé)人制度，爭取設(shè)備修后達(dá)到最優(yōu)水平[8]。

（3）開展技能培訓(xùn)。強(qiáng)化員工安全理論、安全管理制度和規(guī)程學(xué)習(xí)培訓(xùn)，提高各級人員執(zhí)行力，保證制度執(zhí)行的剛性，不搞選擇性執(zhí)行，不曲解制度、搞變通，深入推進(jìn)安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化，突出抓好“25項(xiàng)反事故措施”培訓(xùn)，提高員工遵章守制和反“三違”意識。規(guī)范開展特種作業(yè)人員培訓(xùn)、取證工作，落實(shí)特種作業(yè)人員準(zhǔn)入制度。利用學(xué)習(xí)班常態(tài)化開展專工、技術(shù)專家講課和青年員工講課活動(dòng)，充分發(fā)揮各級培訓(xùn)師的專業(yè)特長，對青年員工進(jìn)行現(xiàn)場培訓(xùn)和仿真機(jī)培訓(xùn)，分專業(yè)、分系統(tǒng)、分階段進(jìn)行強(qiáng)化，著重強(qiáng)化青年員工的專業(yè)技術(shù)能力和實(shí)際操作技能。

（4）加強(qiáng)應(yīng)急管理，提高應(yīng)急處置能力。健全安全生產(chǎn)長效機(jī)制，形成一套較為成熟定型的部門安全生產(chǎn)制度，明確日常安全生產(chǎn)管理模式和應(yīng)急管理模式。強(qiáng)化應(yīng)急準(zhǔn)備，將應(yīng)急管理工作納入日常工作計(jì)劃，防患于未然。推進(jìn)應(yīng)急隊(duì)伍建設(shè)，依據(jù)年度演練計(jì)劃，強(qiáng)化應(yīng)急預(yù)案培訓(xùn)和應(yīng)急演練工作，提高員工應(yīng)急處置能力。

5?結(jié)語

6kV斷路器在火力發(fā)電廠的廠用配電系統(tǒng)中有著廣泛應(yīng)用。6kV斷路器的非全相運(yùn)行事故現(xiàn)象難以發(fā)現(xiàn)，成因難以判斷，且容易與其他事故現(xiàn)象進(jìn)行混淆。如果不及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理，會(huì)導(dǎo)致事故的進(jìn)一步擴(kuò)大。文章根據(jù)兩起6kV斷路器非全相運(yùn)行的事件，分析了成因，并就電廠生產(chǎn)人員在遇到不同類型的6kV斷路器非全相運(yùn)行事故提供了組織和技術(shù)措施，避免事故的進(jìn)一步擴(kuò)大。

參考文獻(xiàn)