杜喜來

(內(nèi)蒙古大唐國際托克托發(fā)電有限責(zé)任公司，呼和浩特 010206)

1 事故概述

某發(fā)電機組帶270 MW負(fù)荷正常運行。2017-05-12 T 16:56，機組跳閘，廠用電切換。此時，發(fā)變組保護(hù)A屏無保護(hù)啟動，B屏CSC-300G保護(hù)裝置“發(fā)電機差動”動作、“TA異?！睙袅?。調(diào)取該時段故障錄波器記錄，發(fā)現(xiàn)發(fā)電機電壓、電流均正常，無突增、突降情況；調(diào)取發(fā)變組B屏保護(hù)記錄波形發(fā)現(xiàn)發(fā)電機中性點A相、B相電流無變化，C相電流呈明顯減小趨勢。B屏差動保護(hù)啟動定值1.02 A，動作時差動電流達(dá)2.281 A，制動電流為1.867 A。

檢查發(fā)現(xiàn)發(fā)電機中性點電流互感器(CT)本體接線盒至電纜槽盒處，C相二次電纜有過熱痕跡，絕緣能力降低，造成保護(hù)誤動作事件。對受損線芯進(jìn)行絕緣防護(hù)后測量二次電纜絕緣符合規(guī)程要求，恢復(fù)機組并網(wǎng)運行。

2 事故原因分析

發(fā)電機差動保護(hù)是比較發(fā)電機機端、中性點兩側(cè)電流的大小和相位，反映發(fā)電機及其引出線的相間故障。

對發(fā)變組保護(hù)B屏CSC-300G裝置進(jìn)行采樣、測試，并對發(fā)電機差動保護(hù)功能校驗后,未發(fā)現(xiàn)異常。根據(jù)保護(hù)B屏發(fā)電機差動動作報告計算,當(dāng)時機端電流為3.010 A，中性點電流為0.794 A，初步判斷發(fā)電機差動保護(hù)動作跳閘原因可能為中性點C相CT二次回路存在分流情況[1]。

在發(fā)變組保護(hù)B屏測量發(fā)電機差動保護(hù)用中性點側(cè)電流回路(4021)中三相直阻平衡且均為6.6 Ω。用1 000 V電搖表測量4021外回路電纜對地絕緣為60 MΩ，比檢修時所測量的絕緣數(shù)值有所降低(檢修時對地絕緣為500 MΩ)。至就地端子箱使用2 500 V電搖表測量發(fā)電機中性點側(cè)(4021)電流互感器本體二次電纜對地絕緣電阻，A相、B相二次回路的對地絕緣為600 MΩ，C相二次回路對地絕緣達(dá)到5 MΩ時歸零,判斷中性點CT本體二次線存在絕緣不良問題。

在檢查發(fā)電機中性點CT本體處時，發(fā)現(xiàn)從電纜槽盒至CT本體接線盒處電纜有過熱痕跡(如圖1所示)，整理電纜線芯后，測量C相二次電纜絕緣恢復(fù)至600 MΩ。在發(fā)電機中性點CT本體接線盒及就地端子箱處，將保護(hù)B屏發(fā)電機差動用(C4021)與故障錄波器測量用(C4031)二次電纜互換，并對受損線芯進(jìn)行絕緣防護(hù)。在就地端子箱測量中性點CT(4021)的平衡三相直阻為6.6 Ω。使用2 500 V電搖表測量本體二次電纜絕緣，A相、B相二次回路對地絕緣600 MΩ，C相二次回路對地絕緣600 MΩ，二次電纜絕緣均正常。

圖1 槽盒處C相電纜芯受傷情況

在機組并網(wǎng)后，測量中性點側(cè)CT二次電纜槽盒(鐵質(zhì))溫度在70～94 ℃，測量其他運行機組的CT二次電纜槽盒溫度在45～55 ℃。分析其過熱原因為#12機發(fā)電機中性點CT二次電纜槽盒位于中性點CT正下方，發(fā)電機產(chǎn)生的強磁場在鐵質(zhì)槽盒形成較大渦流，引起槽盒發(fā)熱。而其他機組CT二次電纜槽盒均與CT本體距離較遠(yuǎn)，無此現(xiàn)象(如圖2所示)。

圖2 #12發(fā)電機極端、中性點、電纜槽盒俯視

經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)A相、B相電纜外護(hù)套齊全，只有槽盒內(nèi)C相電纜外護(hù)套剝除，露出電纜芯線約2.5 m。長期在強磁場環(huán)境下高溫過熱，電纜芯線灼傷導(dǎo)致C相電纜絕緣能力降低，電流分流，最終致使發(fā)電機差動保護(hù)動作。

3 渦流的形成原理

引起槽盒發(fā)熱的原因為渦流效應(yīng)，即法拉第電磁感應(yīng)定律：當(dāng)把一個塊狀形金屬導(dǎo)體置于交變的磁場時，金屬導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流，此感應(yīng)電流在導(dǎo)體內(nèi)閉合，形成所謂的渦流[2]。強交變磁場會在封閉導(dǎo)體的圓周方向會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流，電流的方向沿導(dǎo)體的圓周方向轉(zhuǎn)圈，形成渦流現(xiàn)象。

渦流產(chǎn)生的前提條件是必須要有交變的電磁場，而在本次事件中運行中的發(fā)電機正好符合這一工況：電流互感器中的交變電流在其周圍產(chǎn)生交變磁場，使得裝有二次電纜的電纜橋架長期發(fā)熱。運行中的發(fā)電機所產(chǎn)生的交變磁場非常強，電纜槽盒的電阻非常小，渦流很強，所產(chǎn)生的熱量也很大，致使金屬槽盒嚴(yán)重發(fā)熱。這不僅引起功率的損耗，降低設(shè)備使用壽命，更為嚴(yán)重的是毀壞了設(shè)備的耐絕緣性(特別是對失去防護(hù)的二次電纜絕緣)，對設(shè)備的安全穩(wěn)定運行危害性極大[3]。

在生產(chǎn)中，要有針對性地對渦流進(jìn)行預(yù)防，在設(shè)備的設(shè)計、安裝、布局中，避免磁路構(gòu)成閉合回路，例如單芯電纜敷設(shè)時不允許穿入鋼管等鐵磁性物體中，單芯電纜在安裝時不允許穿過閉合的鐵磁性支持物等[4]。

4 經(jīng)驗及防范措施

繼電保護(hù)的基本作用是監(jiān)測電氣設(shè)備的運行參數(shù)，包括電壓、電流等模擬量及某些開關(guān)量。在電氣一次設(shè)備發(fā)生不正常運行狀態(tài)或者發(fā)生故障時，應(yīng)及時對故障設(shè)備進(jìn)行隔離，以避免故障擴大化；在電氣一次設(shè)備正常運行無故障時則應(yīng)可靠不誤動[5]。

目前微機繼電保護(hù)裝置可靠性越來越高，誤動案例逐步減少，應(yīng)把二次回路作為機組檢修時重點檢查項目。

(1)重點檢查剝除電纜絕緣外護(hù)套的電纜線芯外觀是否完好，是否有外皮被金屬剮蹭、刀口傷痕、潮濕進(jìn)水、積塵過多等可能導(dǎo)致的絕緣薄弱的現(xiàn)象，做好絕緣加固、排除積水、清理塵土，防止二次線絕緣擊穿導(dǎo)致保護(hù)誤動。

(2)規(guī)范電纜敷設(shè)接線，二次電纜外護(hù)套及屏蔽層剝除長度不能過長，否則會降低電纜絕緣強度和抗干擾能力，且芯線外皮易被尖銳物刮傷。

(3)合理安裝電纜槽盒位置，避開發(fā)電機大電流強磁場感應(yīng)渦流影響，否則會導(dǎo)致槽盒發(fā)熱，使電纜絕緣性能降低。

(4)出口繼電器動作電壓值應(yīng)介于55%～70%控制電壓范圍內(nèi)，避免控制回路接地導(dǎo)致出口繼電器誤動[6]。

(5)合理規(guī)劃檢修項目, 重視重要設(shè)備及二次回路，檢修中對電纜槽盒內(nèi)無外護(hù)套的電纜芯線狀況進(jìn)行檢查，嚴(yán)格把控設(shè)備檢修質(zhì)量。

(6)加強日常設(shè)備管理及風(fēng)險、隱患排查，對發(fā)電機CT二次線進(jìn)行測溫檢查，及早發(fā)現(xiàn)電纜槽盒溫度異常，避免電纜線芯絕緣受損導(dǎo)致的機組非停。

(7)改變傳統(tǒng)的“重裝置、輕回路”觀念，消除技術(shù)短板，在檢修過程中注重保護(hù)裝置校驗的同時，對二次回路檢查要深入、徹底[7]。對重要的二次電纜建立清冊進(jìn)行重點關(guān)注，停電時重點檢查，運行中重點巡視、測溫，以便及時發(fā)現(xiàn)電纜、接線異常情況，積極采取措施處理。

(8)了解掌握渦流磁場強度與方向，采取先拆除電纜蓋板的方法減小磁場渦流對槽盒內(nèi)電纜的影響，觀察槽盒溫度降低效果。

將電纜槽盒進(jìn)行移位,徹底解決磁場渦流導(dǎo)致槽盒發(fā)熱的隱患。

(9)使用屏蔽電纜，電纜屏蔽層兩端接地；使用大功率繼電器，提高保護(hù)的抗干擾能力，防止長距離電纜電磁干擾導(dǎo)致的保護(hù)誤動[8]。

5 結(jié)束語

電磁渦流會造成金屬導(dǎo)體長期發(fā)熱，導(dǎo)致二次電纜絕緣能力降低、保護(hù)誤動作，嚴(yán)重影響一次設(shè)備的正常運行，對發(fā)電廠的安全穩(wěn)定運行及繼電保護(hù)的可靠性也造成嚴(yán)重影響，應(yīng)采取科學(xué)的方法解決金屬導(dǎo)體中渦流損耗發(fā)熱的缺陷，通過設(shè)備的設(shè)計、選材、安裝、調(diào)試和運行避免此類故障的發(fā)生。同時在出現(xiàn)由渦流引起的發(fā)熱故障后，應(yīng)盡早正確地處理，保證發(fā)供電的可靠性。

目前已將該電廠機組電纜槽盒進(jìn)行移位,遠(yuǎn)離強大電磁場，徹底解決了磁場渦流導(dǎo)致槽盒發(fā)熱的隱患，同步排查其他運行環(huán)境并進(jìn)行整改，至今沒有發(fā)生由于電磁渦流造成電氣設(shè)備過熱情況問題。