刁　敏馬國(guó)斌兀鵬越

（1. 皖能馬鞍山電廠(chǎng)，安徽 馬鞍山　243021；2. 華能陜西發(fā)電有限公司，西安　710032；3. 西安熱工研究院有限公司，西安　710032）

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一起凝結(jié)水泵變頻器跳閘事故分析

刁敏1馬國(guó)斌2兀鵬越3

（1. 皖能馬鞍山電廠(chǎng)，安徽 馬鞍山243021；2. 華能陜西發(fā)電有限公司，西安710032；3. 西安熱工研究院有限公司，西安710032）

論述了一起某機(jī)組凝結(jié)水泵變頻器出口斷路器運(yùn)行中擊穿事故的發(fā)生及分析處理過(guò)程，通過(guò)分析故障波形，指出6kV真空斷路器真空滅弧室故障是變頻器跳閘的根本原因，呼吁重視真空斷路器預(yù)防性試驗(yàn)故障，及時(shí)發(fā)現(xiàn)運(yùn)行真空斷路器故障。

真空斷路器；滅弧室；變頻器；擊穿

發(fā)電廠(chǎng)高壓廠(chǎng)用系統(tǒng)普遍采用真空斷路器，具有絕緣強(qiáng)度高、滅弧能力強(qiáng)、可靠性高、維護(hù)簡(jiǎn)單、適合頻繁操作等優(yōu)點(diǎn)。真空滅弧室是真空斷路器的核心部件，具有極高的可靠性，正常情況下，整個(gè)壽命周期內(nèi)無(wú)需任何維護(hù)。盡管如此，但是由于真空斷路器數(shù)量巨大，在運(yùn)行中發(fā)生故障的案例還是時(shí)有報(bào)道。

本文介紹了一起真空滅弧室運(yùn)行中故障的分析處理過(guò)程。

1　系統(tǒng)簡(jiǎn)介

某 660MW 超臨界燃煤機(jī)組配備兩臺(tái)容量為2240kW的凝結(jié)水泵，電源分別取自6kV母線(xiàn)2A、2B段，每臺(tái)凝泵均可100%滿(mǎn)足機(jī)組運(yùn)行要求。為了適應(yīng)不同負(fù)荷下不同凝結(jié)水的流量需求，凝泵設(shè)置了高壓變頻器，按照“一拖二”系統(tǒng)設(shè)計(jì)。系統(tǒng)如圖1所示。

圖1　凝結(jié)水系統(tǒng)電氣接線(xiàn)圖

兩臺(tái)凝結(jié)水泵均可運(yùn)行于工頻或者變頻狀態(tài)，可以在工頻和變頻之間切換運(yùn)行，但任意時(shí)刻最多只有一臺(tái)泵運(yùn)行于變頻工況。

2　事故過(guò)程

事故前的運(yùn)行方式為：1DL、5DL合位，B泵變頻運(yùn)行；2DL熱備用，A泵工頻備用，3DL、4DL冷備用。

因 2B凝結(jié)水泵電機(jī)上軸承溫度偏高，需停泵檢查。為了維持機(jī)組運(yùn)行，B泵停運(yùn)期間，需起動(dòng)A泵運(yùn)行。起動(dòng)A泵前，運(yùn)行人員將3DL、4DL送至運(yùn)行位熱備用，變頻器頻率由30Hz調(diào)整到40Hz。

準(zhǔn)備工作就緒后，運(yùn)行人員在集控室遠(yuǎn)方起動(dòng)發(fā)出合2DL斷路器指令，起動(dòng)凝泵工頻運(yùn)行。在A泵起動(dòng)瞬間，B凝泵隨即跳閘，DCS畫(huà)面凝泵變頻器控制面板上發(fā)“凝泵變頻控制柜故障報(bào)警”。就地檢查變頻器控制板顯示“接地故障”。

3　事故分析

事故發(fā)生后，熱控及電氣二次專(zhuān)業(yè)人員檢查DCS變頻操作程序及邏輯正確，檢查各斷路器位置至DCS接線(xiàn)正確，排除邏輯或者線(xiàn)路錯(cuò)誤的可能。

變頻器顯示接地故障，電氣一次專(zhuān)業(yè)人員用2500V搖表檢查B凝泵電動(dòng)機(jī)及電纜，變頻器功率單元電纜的絕緣均合格，未查出接地點(diǎn)。

由于事故時(shí)雖然變頻器報(bào)接地故障，但其電源側(cè)的斷路器1DL卻無(wú)保護(hù)動(dòng)作。電氣二次專(zhuān)業(yè)人員對(duì)1DL斷路器的保護(hù)裝置進(jìn)行校驗(yàn)，裝置功能正常。

電氣專(zhuān)業(yè)二次技術(shù)人員在發(fā)變組故障錄波器中檢查A凝泵工頻合閘時(shí)的錄波文件，故障錄波器在2A凝泵合閘時(shí)同時(shí)動(dòng)作，起動(dòng)值為A分支突變量。一般來(lái)說(shuō)，大容量電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流可能會(huì)導(dǎo)致故障錄波器起動(dòng)，因此，錄波起動(dòng)貌似正常。

但是，電氣專(zhuān)業(yè)人員還發(fā)現(xiàn)有零序電流產(chǎn)生，只是未達(dá)到保護(hù)動(dòng)作值。如圖2所示。由圖2可見(jiàn)，零序電流持續(xù)時(shí)間超過(guò)一個(gè)周波以上，然后迅速變小。

圖2　A凝泵起動(dòng)波形

圖2現(xiàn)象分析，可能存在接地故障。由于1DL斷路器零序保護(hù)未動(dòng)作，檢查相關(guān)設(shè)備絕緣也正常，只有變頻器報(bào)出接地告警，遂在變頻器廠(chǎng)家的指導(dǎo)下，進(jìn)入變頻器主控板，調(diào)閱變頻器故障錄波文件。

變頻器零序電壓波形如圖3（a）所示，零序電壓幅值接近200%。

圖3（b）為變頻器記錄的電源側(cè)A、C相電壓，圖3（c）為變頻器記錄的輸出側(cè)A、C相電壓。由兩圖比較可見(jiàn)，電源側(cè)電壓正常，而輸出側(cè)電壓有一定畸變。

由以上幾幅波形可以看出，事故過(guò)程確實(shí)有零序電壓電流存在，變頻器輸出側(cè)電壓有異常，因此，檢查的方向?yàn)樽冾l器的輸出側(cè)。

圖3　變頻器內(nèi)部故障波形

電氣一次技術(shù)人員對(duì)A、B凝泵變頻出口斷路器進(jìn)行絕緣耐壓試驗(yàn)。當(dāng) A凝泵變頻出口斷路器4DL的A相斷口加壓至10kV（標(biāo)準(zhǔn)耐壓為42kV）即被擊穿。由此確認(rèn)故障點(diǎn)為A凝泵變頻器出口斷路器A相真空滅弧室。

4　事故過(guò)程還原

本起事故原因是斷路器4DL真空滅弧室運(yùn)行中故障。在運(yùn)行人員操作前，該斷路器已經(jīng)出現(xiàn)故障，斷口耐壓水平嚴(yán)重下降，但由于沒(méi)有進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)，該故障設(shè)備未被及時(shí)發(fā)現(xiàn)。

運(yùn)行人員將故障斷路器推入工作位置時(shí)，該斷路器的斷口承受的電壓為6kV單相對(duì)地電壓，小于故障滅弧室所能承受的10kV，所以未出現(xiàn)異常。

當(dāng)運(yùn)行人員合2DL斷路器起動(dòng)A凝泵時(shí)，在斷路器4DL斷口之間承受的是40Hz變頻電源和50Hz工頻電源的差頻電壓，其頻率為10Hz，而幅值為額定電壓的2倍，即12kV，已經(jīng)超過(guò)故障滅弧室所能承受的10kV的水平，由此導(dǎo)致A相斷口擊穿，電弧對(duì)地放電，引起變頻器故障跳閘。

5　整改措施

1）設(shè)備非健康運(yùn)行是本次故障發(fā)生的主要原因

本次事故的直接原因是真空斷路器耐壓水平降低，可能是由于真空泡的真空度降低造成的［4］。真空滅弧室采用陶瓷作為密封和支撐，其真空度為10?3～10?6Pa，從而保證觸頭開(kāi)斷時(shí)的滅弧性能及絕緣水平。如果真空度下降到一定程度，其絕緣水平就會(huì)降低，也影響斷路器的開(kāi)斷水平。這種故障如果未及時(shí)發(fā)現(xiàn)，如果在事故時(shí)斷路器分?jǐn)喽搪冯娏?，極有可能引起斷路器爆炸的嚴(yán)重事故。

為了預(yù)防此類(lèi)事故，必須按期進(jìn)行檢查和測(cè)試真空室的真空度，進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)為相間及對(duì)地42kV，斷口 48kV。由于種種原因，該廠(chǎng)電氣設(shè)備絕緣預(yù)防性試驗(yàn)完成率不高，#2機(jī)預(yù)試率只有50%，部分隱蔽缺陷不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，造成設(shè)備非健康運(yùn)行，安全隱患巨大。

2）運(yùn)行方式需調(diào)整

凝泵工頻起動(dòng)時(shí)，將變頻出口斷路器搖至試驗(yàn)位，能夠防止斷路器長(zhǎng)期承受雙倍額定電壓，從運(yùn)行方式上減小事故發(fā)生的可能性。這種方式還能防止運(yùn)行中變頻出口斷路器誤合造成非同期合閘。

6　結(jié)論

從本文論述真空斷路器故障的處理過(guò)程可以看出，在電力生產(chǎn)中必須充分重視電氣設(shè)備的預(yù)防性試驗(yàn)，即使對(duì)于真空斷路器這種可靠性較高的設(shè)備，也不能掉以輕心，要嚴(yán)格按照規(guī)定周期進(jìn)行試驗(yàn)，才能保證設(shè)備安全運(yùn)行。

［1］ 孫茁. VD4型真空斷路器滅弧室漏氣故障處理［J］.電力設(shè)備，2004，5（9）︰69-71.

［2］ 黃旭鵬，刁敏，兀鵬越，等. 6kV真空斷路器運(yùn)行中漏氣事故分析［J］. 電工技術(shù)，2013（3）︰30-31，33.

［3］ 朱利鋒. 10kV真空斷路器的泄漏故障［J］. 農(nóng)村電氣化，2010（6）︰29.

［4］ 李慶義. 提高真空斷路器運(yùn)行可靠性的方法［J］. 電氣技術(shù)，2007（8）︰91-93.

刁敏（1971-），工程師，主任，從事發(fā)電廠(chǎng)電氣設(shè)備調(diào)試及其技術(shù)管理工作。