張雷

(華電國際十里泉發(fā)電廠，山東 棗莊 277103)

0 引言

變壓器的中性點(diǎn)不接地運(yùn)行方式在發(fā)電廠6kV廠用電中廣泛應(yīng)用，電氣設(shè)備實(shí)際運(yùn)行中，經(jīng)常出現(xiàn)6 kV一相接地故障［1］，它與電壓互感器(PT)高壓側(cè)一相熔斷器熔斷現(xiàn)象有相似也有區(qū)別:都有可能發(fā)出“母線接地”“PT電壓回路斷線”報(bào)警信號，但母線各電壓數(shù)值卻有明顯差異。實(shí)際生產(chǎn)過程中，某些運(yùn)行人員對這兩類故障辨識不清，容易造成誤判斷，從而延誤事故處理時(shí)機(jī)，本文對這兩種不同類型故障進(jìn)行分析研究，并結(jié)合案例了解事故的本質(zhì)及危害。

1 6 kV系統(tǒng)一相接地時(shí)的分析

1.1 正常運(yùn)行時(shí)

中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中:左側(cè)為電源側(cè)，即變壓器三相星形繞組u，v，w;QF為變壓器的出口斷路器;右側(cè)為對稱三相負(fù)荷。正常運(yùn)行時(shí)各相導(dǎo)體對大地有分布電容，各相分布電容可分別用集中的等效電容 Cu，Cv，Cw表示，如圖1 所示。

正常運(yùn)行時(shí)，因?qū)Φ氐刃щ娙荻枷嗟?，且星形接線的三相電源及負(fù)載都對稱，則在電源N點(diǎn)的中性點(diǎn)電壓為零。從圖1可以看出，三相系統(tǒng)中各相對地電壓值相等、相位相差120°。在三相對地電壓作用下，各相對地電容電流相等、相位相差120°［2］。

每相電源電流應(yīng)為每相負(fù)荷電流與每相對地電容電流之和，因?qū)Φ氐刃щ娙莺苄」嗜菘瓜喈?dāng)大，所以電容電流實(shí)際上很小，可以忽略不計(jì)，則電源電流即等于負(fù)荷電流。

圖1 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)正常運(yùn)行的電路圖

1.2 發(fā)生一相接地故障時(shí)

在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，當(dāng)因絕緣材料受潮、老化、毀壞、擊穿等各種原因?qū)е聠蜗嘟拥毓收蠒r(shí)，電壓電流數(shù)值將有明顯變化。假設(shè)在W相的X點(diǎn)處有一相接地故障發(fā)生，如圖2所示。

圖2 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生一相接地的電路圖

1.2.1 電壓關(guān)系

由圖2可知，在W相一相直接接地時(shí)，故障導(dǎo)致該相線路對地電壓降到零，中性點(diǎn)處則產(chǎn)生對地電壓，相當(dāng)于故障相相電壓的負(fù)值，而其他兩相對地電壓為中性點(diǎn)對地電壓與其相電壓之和，即數(shù)值變?yōu)榫€電壓;但三相出線之間線電壓仍對稱，大小相等、相位相差120°:因此單相接地對接于線電壓的電氣設(shè)備沒有影響，可以繼續(xù)運(yùn)行。

1.2.2 電流關(guān)系

發(fā)生一相接地時(shí)，其他兩相線路上的電壓增大到線電壓即正常數(shù)值的倍，兩相線路上的電容電流也增大到正常數(shù)值的倍;而接地處的電流則為正常運(yùn)行時(shí)的一相對地電容電流的3倍，并通過接地點(diǎn)形成回路，但接地電容電流仍較小:故一般不裝設(shè)零序電流保護(hù)，電力系統(tǒng)仍可繼續(xù)運(yùn)行［3］。

2 6 kV系統(tǒng)PT工作原理

2.1 6 kV系統(tǒng)一相接地時(shí)PT報(bào)警的原理分析

中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，我們討論6 kV廠用電系統(tǒng)中常用的Y0/Y/△接線組別的PT，這種PT的高壓側(cè)繞組并接在母線上，二次側(cè)分為星形接線和一個(gè)開口三角形接線的輔助繞組［3］。

正常運(yùn)行時(shí)，因?yàn)槿嚯妷合嗔恐蜑榱悖嗜切卫@組開口處無電壓。當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，由于產(chǎn)生了不平衡分量，該開口三角形的三相繞組上的零序電壓首尾相接，在開口處產(chǎn)生3U0，從而接地信號繼電器XJJ線圈勵(lì)磁動作，發(fā)出“母線接地”報(bào)警信號。另外，接地相電壓降低或到零，其他兩相電壓升高至線電壓，而3個(gè)線電壓基本不變。此時(shí)因3個(gè)相電壓存在差異，1YJ，2YJ，3YJ繼電器的線圈帶電情況不一致，其常開、常閉接點(diǎn)接通情況也不一致，最終發(fā)出“PT電壓回路斷線”報(bào)警信號。PT接線如圖 3 所示［4］。

圖3 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)母線PT接線原理圖

2.2 6 kV母線PT高壓熔斷器一相熔斷時(shí)的原理分析

當(dāng)運(yùn)行中因鐵磁諧振過電壓［5］、PT安裝點(diǎn)振動或PT繞組絕緣降低而發(fā)生短路時(shí)，則有可能造成PT熔斷器熔斷［6］。若PT高壓側(cè)一相熔斷器熔斷，此時(shí)一次側(cè)該相電壓下降到零，從而相應(yīng)二次側(cè)星形繞組電壓也下降到零，其他兩相電壓基本不變;而與該問題相有關(guān)的線電壓也下降，其他兩相的線電壓顯示正常。此時(shí)，因二次電壓三相不平衡:一方面，1YJ，2YJ，3YJ繼電器的線圈帶電情況不一致，從而發(fā)出“PT電壓回路斷線”報(bào)警信號;另一方面，在開口三角形處產(chǎn)生3U0，XJJ發(fā)出“接地”報(bào)警信號。

3 事故案例分析

3.1 事故經(jīng)過

2013-08-08 T 18:51:03，某電廠#7機(jī)組“6 kV工作Ⅶ B段母線接地”信號發(fā)出，母線電壓異常，一相相電壓減小，另兩相升高到線電壓［7］。18:53:51，#7機(jī)組B循環(huán)水泵跳閘;18:53:57，B引風(fēng)機(jī)變頻重故障發(fā)出并跳閘，同時(shí)聯(lián)跳B送風(fēng)機(jī)，機(jī)組快速減負(fù)荷(RB)保護(hù)動作。運(yùn)行人員立即開大#7鍋爐A引風(fēng)機(jī)變頻開度和A送風(fēng)機(jī)動葉開度，調(diào)整爐膛負(fù)壓和汽包水位，開啟燃油泵，投油穩(wěn)定燃燒，#7機(jī)組負(fù)荷調(diào)整至160 MW。

檢查發(fā)現(xiàn)#7機(jī)組B循環(huán)水泵電機(jī)接線盒處電機(jī)引線短路燒斷，電流速斷保護(hù)動作。19:20:00，檢查#7發(fā)電機(jī)及廠用電運(yùn)行正常。19:26:00，啟動#7鍋爐B引風(fēng)機(jī)、B送風(fēng)機(jī)，恢復(fù)機(jī)組正常運(yùn)行。

3.2 事故原因分析

查閱分散控制系統(tǒng)(DCS)歷史趨勢和故障濾波器信息。18:51:03，#7機(jī)組B循環(huán)水泵電機(jī)B相接地;18:53:51，引發(fā)三相短路(短路電流為7 200 A，持續(xù)78 ms)，電流速斷保護(hù)動作跳閘;6 s后，循環(huán)水壓力低于0.1 MPa，再次聯(lián)啟B循環(huán)水泵，因綜合保護(hù)裝置不具備動作后閉鎖合閘功能，此時(shí)故障點(diǎn)仍存在，致使6 kV母線電壓由正常值6 120 V降至2571 V，持續(xù)160 ms。此時(shí)，B引風(fēng)機(jī)變頻器功率單元欠壓保護(hù)動作，發(fā)重故障跳閘，并聯(lián)跳B送風(fēng)機(jī);#7機(jī)組B循環(huán)水泵電機(jī)電流速斷保護(hù)再次動作，開關(guān)再次跳閘，母線電壓恢復(fù)正常。2次短路故障過程中造成母線電壓波動的DCS趨勢如圖4所示。

圖4 短路故障時(shí)母線電壓DCS趨勢圖

#7機(jī)組B循環(huán)水泵電機(jī)B相引線損壞的原因是電機(jī)引線接線端子(銅質(zhì))與電源電纜接線端子的接觸面積較?。?］，過渡電阻較大，連接處發(fā)熱，長時(shí)間運(yùn)行中絕緣損壞放電擊穿，并殃及其他兩相引線絕緣，造成接地短路故障。

處理措施:更換電源電纜絕緣套管及電機(jī)引線接線端子(由400 A更換為600 A，接觸面積增大)，接線后對三相電纜接頭分相進(jìn)行絕緣包扎，并在每相電纜接頭處增加一層絕緣熱縮管，消除連接處發(fā)熱的可能。通過測量#7機(jī)組B循環(huán)水泵電機(jī)繞組及電源電纜絕緣電阻合格后送電，啟動運(yùn)行正常。

3.3 反映的問題

接地故障最初為一相接地，PT報(bào)警信號發(fā)出，運(yùn)行人員雖能觀察出母線三相電壓的變化情況，但由于故障處絕緣損壞較快，發(fā)生擊穿并短路，來不及查找故障設(shè)備，造成6 kV循環(huán)水泵電機(jī)開關(guān)跳閘。首次開關(guān)跳閘后，由于循環(huán)水壓力低聯(lián)鎖開關(guān)再次合閘，再次沖擊故障點(diǎn)，造成6 kV廠用母線電壓大幅下降并波動，對其他重要設(shè)備造成嚴(yán)重影響。

在處理此類故障時(shí)，應(yīng)及時(shí)根據(jù)事故現(xiàn)象進(jìn)行判斷和查找，避免事故擴(kuò)大造成非計(jì)劃停運(yùn)。

4 兩類事故的處理方法

4.1 6 kV系統(tǒng)一相接地

(1)6 kV系統(tǒng)“母線接地”“PT電壓回路斷線”報(bào)警信號發(fā)出。

(2)查看6 kV母線三相電壓指示值，接地相電壓降低或到零，另外兩相升高或到線電壓。

(3)首先判斷接地段母線、接地相及接地程度。

(4)檢查是否因啟動高壓動力設(shè)備所致，若未啟動設(shè)備，應(yīng)到就地檢查，確定接地設(shè)備后，匯報(bào)值長將其停運(yùn)。

(5)如因低壓廠用變壓器接地，將負(fù)荷倒至備用變壓器后，停電并通知檢修人員處理。

(6)分別試停母線PT和避雷器，檢查“母線接地”報(bào)警信號是否消失。

(7)經(jīng)上述查找無效，應(yīng)匯報(bào)值長，設(shè)法將6 kV接地母線負(fù)荷轉(zhuǎn)移，對母線停電，查明故障點(diǎn)。

(8)查找接地時(shí)，應(yīng)遵守相關(guān)安全規(guī)定，接地運(yùn)行時(shí)間不得超過2 h。

4.2 6 kV母線PT高壓側(cè)一相熔斷器熔斷

(1)6 kV系統(tǒng)“母線接地”“PT電壓回路斷線”報(bào)警信號發(fā)出。

(2)查看6 kV母線三相電壓指示值，故障相電壓降低或到零，另外兩相電壓不變。

(3)退出該段母線電源快切裝置。

(4)取下該P(yáng)T低電壓保護(hù)直流保險(xiǎn)，取下PT二次交流保險(xiǎn)。

(5)將PT小車拖出倉外，測量并確認(rèn)直流電阻正常，檢查并更換熔斷器后，恢復(fù)原運(yùn)行方式。

5 結(jié)論

通過以上分析及案例可知，在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，當(dāng)出現(xiàn)一相接地與PT高壓側(cè)一相熔斷器熔斷故障時(shí)，都應(yīng)及時(shí)分析判斷并快速處理。兩類事故共有的特征是:都會發(fā)出“母線接地”“PT電壓回路斷線”報(bào)警信號。最明顯的區(qū)別是:系統(tǒng)一相接地，接地相電壓降低或到零，另外兩相電壓升高或至線電壓;而PT高壓側(cè)一相熔斷器發(fā)生熔斷時(shí)，僅故障相電壓降低或到零，而其他相電壓正常。當(dāng)確認(rèn)為系統(tǒng)一相接地時(shí)，應(yīng)立即查找故障設(shè)備，查找故障時(shí)間不得超過2 h，以防止絕緣薄弱部分損壞而導(dǎo)致事故擴(kuò)大。該結(jié)論對實(shí)際生產(chǎn)工作具有指導(dǎo)意義，有助于運(yùn)行人員快速弄清故障本質(zhì)，做到區(qū)分對待并立即進(jìn)行正確處理。

［1］賀家禮，李永麗，董新洲，等.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理［M］.4版.北京:中國電力出版社，2010:72-73.

［2］劉學(xué)軍，段慧達(dá)，辛濤.繼電保護(hù)原理［M］.3版.北京:中國電力出版社，2012:116-122.

［3］胡志光.火電廠電氣設(shè)備及運(yùn)行技術(shù)［M］.北京:中國電力出版社，2011:29-30，194.

［4］華電國際十里泉發(fā)電廠330MW發(fā)變組及高低廠變二次回路圖:QW/04.17.00.0101—2013［Z］.

［5］黃帥軍.10 kV PT熔斷器熔斷的原因分析及運(yùn)行建議［J］.山東工業(yè)技術(shù)，2014(19):185.

［6］侯昭英.電壓互感器高壓熔斷器熔斷原因及處理［J］.科技與企業(yè)，2014(4):290.

［7］李雪嬌.淺談烯烴電網(wǎng)小電流接地系統(tǒng)單相接地故障處置［J］.科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014(32):170.

［8］李根.發(fā)電廠電動機(jī)常見故障診斷處理及預(yù)防措施［J］.電力安全技術(shù)，2015(7):59.