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        一起斷路器失靈保護(hù)動作分析及處理

        2016-08-05 02:48:16姚志偉李新煜
        電力安全技術(shù) 2016年6期
        關(guān)鍵詞:動作故障

        姚志偉,李新煜

        (1.山西西龍池抽水蓄能電站有限責(zé)任公司,山西 忻州 035503;2.山東泰山抽水蓄能電站有限責(zé)任公司,山東 泰安 271000)

        一起斷路器失靈保護(hù)動作分析及處理

        姚志偉1,李新煜2

        (1.山西西龍池抽水蓄能電站有限責(zé)任公司,山西 忻州 035503;2.山東泰山抽水蓄能電站有限責(zé)任公司,山東 泰安 271000)

        介紹了某電廠一起斷路器失靈保護(hù)動作情況,通過現(xiàn)場檢查和分析,確定了事故發(fā)生的原因,為斷路器電氣使用壽命超限,并對此提出了改進(jìn)措施,對于勵磁系統(tǒng)強勵的設(shè)計、斷路器的檢修維護(hù)工作有一定的指導(dǎo)意義。

        斷路器;失靈;強勵;燒蝕系數(shù);開斷電流

        0 概述

        某抽水蓄能電廠選用ABB公司生產(chǎn)的HECPS-3型斷路器作為機組開關(guān),該型號斷路器為SF6氣體絕緣、離相封閉、自然冷卻、三相聯(lián)動、三極驅(qū)動、水平型、戶內(nèi)型,主要用以減少500 kV側(cè)斷路器操作次數(shù),承擔(dān)正常運行切換操作、短路故障跳閘以及同期并網(wǎng)等。在某次抽水方向停機過程中,監(jiān)控系統(tǒng)流程執(zhí)行到跳開斷路器時,出現(xiàn)“勵磁啟動強勵”、“次同步過電流”保護(hù)動作、“斷路器失靈保護(hù)動作”,機組停機失敗,斷路器失靈保護(hù)動作跳開相應(yīng)變壓器高壓斷路器。

        1 現(xiàn)場檢查

        1.1 斷路器位置狀態(tài)檢查

        (1) 斷路器本體狀態(tài)指示器顯示在“分”位,機組開關(guān)控制柜中斷路器位置指示燈顯示綠色,兩者位置指示一致。

        (2) 斷路器的位置接點分別至SFC(靜止變頻器)系統(tǒng)、勵磁系統(tǒng)、調(diào)速器系統(tǒng)的合閘回路不通;分別至故障錄波器、同期裝置、機組現(xiàn)地控制單元、機組保護(hù)系統(tǒng)的分閘回路接通,因此位置接點與斷路器本體位置指示一致。

        (3) 斷路器電源監(jiān)視繼電器正常勵磁,報警繼電器、SF6閉鎖繼電器狀態(tài)正常,儲能回路正常。

        1.2 繼電保護(hù)及自動裝置檢查

        (1) 機組發(fā)變組保護(hù)A屏出現(xiàn)“次同步過電流”保護(hù)動作,B屏出現(xiàn)“次同步過電流”保護(hù)動作、“斷路器失靈保護(hù)”動作。

        (2) 檢查機組故障錄波器,發(fā)電機定子電流突變量啟動,錄取模擬量和開關(guān)量均正常。

        (3) 檢查勵磁調(diào)節(jié)器,發(fā)現(xiàn)勵磁調(diào)節(jié)器檢測陽極電壓低,啟動強勵。

        1.3 空載開機檢查

        對斷路器進(jìn)行上述檢查未發(fā)現(xiàn)異常,為進(jìn)一步查找故障點,進(jìn)行發(fā)電工況空載開機試驗,機組啟動不成功,95 %定子接地保護(hù)動作跳閘。停機后,對發(fā)電機進(jìn)行進(jìn)一步檢查。檢查機端電壓互感器的9個熔斷器中有2個熔斷器電阻大于200 Ω,電阻值大于熔斷器說明書中的定值,故對這2個熔斷器電阻進(jìn)行了更換。

        1.4 發(fā)電機定子及離相封閉母線檢查

        (1) 在未斷開發(fā)電機出口母線及拉開中性點刀閘前,分別測量定子A,B,C三相繞組對地絕緣電阻均在1 MΩ以下,定子對地絕緣較低。檢查發(fā)電機端部并頭套未發(fā)現(xiàn)異常。

        (2) 將發(fā)電機出口母線軟連接斷開,分別測量發(fā)電機A,B,C三相定子繞組對地絕緣為2 000 MΩ以上,定子絕緣良好。

        (3) 測量離相封閉母線A相絕緣電阻大于2 500 MΩ,B,C相絕緣電阻為1 MΩ。初步判斷B,C相離相封閉母線存在故障。

        (4) 拆除斷路器側(cè)方蓋板,用萬用表分別對A,B,C三相斷口間電阻進(jìn)行測量,A相指示為無窮大,B相為47 Ω,C相為80 Ω。這說明A相分開,B相,C相未完全分開。

        (5) 打開斷路器B相上方外罩,拆除滅弧室2側(cè)引線,使滅弧室與母線分離,再次使用萬用表測量滅弧室斷口電阻,阻值為47 Ω。

        1.5 斷路器拆解檢查

        (1) 打開斷路器上方蓋板,檢查滅弧室、拖動刀閘、被拖動刀閘、操作桿,未發(fā)現(xiàn)異常。

        (2) 對斷路器操作機構(gòu)泄壓,拆除密度繼電器,發(fā)現(xiàn)密度繼電器與滅弧室相連部分有大量SF6氣體分解物。

        (3) B,C相滅弧室拆解檢查,發(fā)現(xiàn)C相滅弧觸頭表面布滿污穢,動觸頭部分觸指有燒傷痕跡,密封夾持器完全熔化,與動觸頭觸指粘連。滅弧室中靜觸頭絕緣子組件表面燒蝕嚴(yán)重,靜觸頭導(dǎo)電環(huán)脫落,鑄件本體有部分分解產(chǎn)物污穢。支撐絕緣子有清晰裂紋。B相與C相情況大體相同。

        (4) A相滅弧室動觸頭組件拆解后,在其中發(fā)現(xiàn)了大量粉塵,且滅弧室靜觸頭組件無異常狀況。對組件進(jìn)行清潔后,抽真空無法保壓,因此判斷密封件損壞。

        2 原因分析

        通過上述檢查,認(rèn)為是斷路器B相和C相故障,未完全分開,導(dǎo)致次同步過電流保護(hù)、失靈保護(hù)以及95 %定子接地保護(hù)動作。

        由ABB廠家提供的HECPS-3型斷路器,在不同開斷電流時的滅弧觸頭燒蝕系數(shù)K的相應(yīng)取值如下:

        (1) 當(dāng)0≤I<0.811 kA,K=1;

        (2) 當(dāng)0.811 kA≤I≤150 % Ic時,K=f(I)= 0.001 219×I3+0.031 32×I2+1.241 5×I-0.026 98;

        (3) 當(dāng)150 % Ic<I時,K=2 500。

        式中,I為斷路器分閘開斷電流,Ic為額定電流。

        故障發(fā)生時,斷路器控制柜中顯示其動作2 434次,機組啟動運行記錄中顯示動作1 957次,其中發(fā)電啟停311次,抽水啟停1 646次。斷路器控制柜記錄的動作次數(shù)比運行記錄中多477次,該偏差主要是檢修中機組開關(guān)保護(hù)傳動試驗等原因?qū)е碌?。抽水啟停平均開斷電流I為5.58 kA,發(fā)電啟停平均開斷電流為0.7 kA。對于未統(tǒng)計的動作次數(shù)和發(fā)電啟停次數(shù)按照最小方式(K取1)進(jìn)行計算,則:

        依據(jù)廠家規(guī)定,ΣK(I)最大運行次數(shù)為10 000次,此斷路器已超過廠家規(guī)定運行次數(shù)4 100次,因此判定此次事故的根本原為斷路器已超出電氣使用壽命。

        3 改進(jìn)措施

        3.1 嚴(yán)格執(zhí)行制度、規(guī)范

        定期對斷路器分閘時間、合閘時間、同期、速度、回路電阻進(jìn)行測量,建立設(shè)備定期試驗數(shù)據(jù)臺賬,嚴(yán)格執(zhí)行《Q/GDW1150—2013水電站電氣設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程》試驗標(biāo)準(zhǔn)。故障斷路器經(jīng)更換滅弧室后的試驗數(shù)據(jù)如表1所示。

        表1 斷路器試驗數(shù)據(jù)

        3.2 完善勵磁程序

        當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生事故導(dǎo)致電壓嚴(yán)重降低時, 勵磁系統(tǒng)強行以最快的速度給發(fā)電機以最大的勵磁,迫使系統(tǒng)電壓迅速恢復(fù),這種強迫施行勵磁的功能簡稱強勵。

        機組強勵有2種情況:一是機組端電壓突然因故下降到某一范圍,機組為恢復(fù)正常運行而強行勵磁,這屬正常強勵的情況;二是機組機端電壓在正常調(diào)節(jié)范圍內(nèi)運行,機組強行勵磁,致使機端電壓過高,這屬異常強勵過程,即誤強勵。誤強勵有負(fù)載誤強勵和空載誤強勵2種:其中,負(fù)載誤強勵主要表現(xiàn)為在系統(tǒng)無故障情況下,并列運行的機組突然出現(xiàn)無功功率大大增加致無功功率表打滿,運行人員手動不能控制,同時伴隨機組聲音明顯異常,有時還伴隨機組過流、過壓保護(hù)動作;空載誤強勵表現(xiàn)為當(dāng)發(fā)電機開機合滅磁開關(guān)后未并入電網(wǎng)前機端電壓急劇上升且手動不能控制,同時伴隨機組聲音異常和轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)動作。

        此次抽水方向執(zhí)行停機過程中發(fā)生強勵現(xiàn)象,屬于空載誤強勵的另一種表現(xiàn)形式。當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出停機命令,執(zhí)行正常停機時,機組各相關(guān)系統(tǒng)的控制模式應(yīng)該是執(zhí)行停止的控制流程;而本次事件中卻進(jìn)行強勵,導(dǎo)致斷路器故障造成更嚴(yán)重的后果。為避免類似事件再次發(fā)生,在勵磁執(zhí)行強勵的復(fù)位條件中并接機組轉(zhuǎn)停機的命令,用于機組正常停機命令發(fā)出后即復(fù)位勵磁強勵,機組根據(jù)控制流程進(jìn)行停機(若發(fā)生故障,使保護(hù)動作,則由相應(yīng)動作的保護(hù)使機組進(jìn)行停機)。

        4 結(jié)束語

        對斷路器動態(tài)電阻的測量以及統(tǒng)計斷路器接通和切斷電流的大小和次數(shù),是判斷斷路器電氣使用壽命的主要依據(jù)。因此,在日常維護(hù)工作中,要按照斷路器檢修規(guī)程定期進(jìn)行檢修;嚴(yán)格按照預(yù)防性試驗規(guī)程等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行相關(guān)試驗,將標(biāo)準(zhǔn)、制度剛性執(zhí)行到位,以避免某些由于管理不到位等原因發(fā)生的設(shè)備故障等不安全事件。

        1 張麗娜,陳永義,梁桂州.關(guān)于GIS和SF6斷路器的現(xiàn)場檢測方法[J].高壓電器,2001,37(3):47-48.

        2 李六零,丁衛(wèi)東,石月春,等.動態(tài)電阻測量法用于評估SF6斷路器滅弧室狀況的探討[J].高壓電器,2002,38(2):54-55.

        2015-11-13;

        2016-04-26。

        姚志偉(1984-),男,助理工程師,主要從事靜止變頻器系統(tǒng)和勵磁系統(tǒng)的運行管理工作,email:lucky9626@163.com 。

        李新煜(1989-),男,助理工程師,主要從事水電站監(jiān)控系統(tǒng)及球閥、調(diào)速器自動控制系統(tǒng)工作。

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