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        一起6kV廠用電母線PT保險熔斷事故的原因分析及解決方案

        2020-10-21 04:42:04鄭祥云王澗波陳寧
        機電信息 2020年11期
        關(guān)鍵詞:故障

        鄭祥云 王澗波 陳寧

        摘要:以某機組因一臺磨煤機單相接地故障引起機組非停為例,分析了導(dǎo)致6 kV廠用電母線PT三相保險熔斷的原因。通過查閱行業(yè)反措要求及相關(guān)規(guī)程,提出了解決方案,對6 kV PT裝置進行了改造。改造完成后,沒有發(fā)生過PT保險熔斷事故,改造效果明顯。

        關(guān)鍵詞:6 kV廠用電;單相接地;PT保險熔斷

        0 引言

        一般情況下,6 kV廠用電中性點不接地系統(tǒng)若發(fā)生單相接地故障,允許系統(tǒng)繼續(xù)運行2 h,只要求保護裝置發(fā)出報警信號,給運行人員一定的時間隔離故障設(shè)備。但是,當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生接地故障時,會產(chǎn)生3倍左右相電壓的過電壓,最大可達3.5倍[1],極易造成系統(tǒng)絕緣損壞,還可能造成PT保險單相或三相熔斷,甚至燒毀PT,給機組的安全運行造成嚴(yán)重隱患。

        1 事故經(jīng)過

        本次事故中一臺磨煤機單相接地故障,導(dǎo)致PT三相保險熔斷,PT保護裝置低電壓保護動作,聯(lián)跳所在母線的所有動力設(shè)備,造成鍋爐MFT、機組跳閘。事故經(jīng)過如下:

        2018-04-28T19:17:00,2號發(fā)電機有功功率為261 MW,無功功率為118.2 Mvar,6 kV ⅡA、ⅡB段由#2高廠變供電。

        19:18:03,2號機組DCS發(fā)出“6 kV ⅡB段母線接地”報警;19:20:24,發(fā)出“6 kV ⅡB段電壓回路斷線”報警,6 kV ⅡB段廠用電快切裝置切換動作,備用電源開關(guān)6204開關(guān)合閘;19:20:27,發(fā)出“廠用6 kV ⅡB段故障跳閘”綜合信號;19:20:27—19:20:30,6 kV ⅡB段高壓動力設(shè)備相繼跳閘,DCS畫面上6 kV ⅡB段母線電壓指示為零。

        19:20:37,#2汽泵跳閘,觸發(fā)RB,電泵聯(lián)啟成功;19:21:46,汽包水位為-300 mm,汽包水位低三值保護動作,鍋爐MFT、機組跳閘。

        2 檢查情況

        6 kV高壓廠用電系統(tǒng)由一臺Δ/Δ/Δ接線的分裂繞組變壓器供電,一臺Y/Δ/Δ接線的分裂繞組變壓器作為備用電源供電,其低壓側(cè)為不接地系統(tǒng)。6 kV廠用電系統(tǒng)接線圖如圖1所示。

        檢查情況如下:

        (1)6 kV ⅡB段母線PT一次保險三相熔斷。

        (2)6 kV ⅡB段母線PT柜“低電壓Ⅰ段”“低電壓Ⅱ段”保護動作,低電壓Ⅰ段動作值為70 V、動作時間為0.5 s,低電壓Ⅱ段動作值為45 V、動作時間為9 s,實際動作情況與定值設(shè)置情況一致。

        (3)2C磨煤機綜保裝置面板告警指示燈亮,測量2C磨煤機電機電纜對地絕緣為零,就地檢查2C磨煤機B電機接線盒,觀察到有孔破裂,打開接線盒檢查發(fā)現(xiàn)B相電纜接線線鼻子絕緣破損,接線盒有放電痕跡。

        (4)調(diào)取#2發(fā)變組故障錄波器相關(guān)錄波文件,顯示6 kV ⅡB段母線電壓消失前,三相線電壓波形畸變嚴(yán)重,表明此時6 kV ⅡB段母線PT電壓傳變特性已經(jīng)劣化。

        3 PT一次保險熔斷的原因分析

        6 kV ⅡB段母線PT為天水長開互感器制造有限公司生產(chǎn)的JDZX10-6B型單相全封閉半絕緣澆注電磁型電壓互感器,一次保險額定電流0.5 A,一次中性點直接接地。一次保險型號為RN2-72。

        造成PT一次保險熔斷的原因可能有:

        (1)互感器內(nèi)部線圈發(fā)生匝間、層間或相間短路及一相接地故障。

        (2)電壓互感器一、二次回路故障,可能造成電壓互感器過電流。

        (3)系統(tǒng)發(fā)生鐵磁諧振。在中性點不接地系統(tǒng)中,由于發(fā)生單相接地,使母線或線路的電容與電壓互感器的電感構(gòu)成振蕩回路,引起諧振,造成過電壓、過電流。

        針對6 kV公用ⅡB段母線PT一次保險熔斷事故,校驗?zāi)妇€PT,結(jié)果如表1所示。

        由表1可知,三相PT直阻及絕緣正常,表明不存在互感器內(nèi)部線圈發(fā)生匝間、層間或相間短路及一相接地故障;倍頻感應(yīng)耐壓試驗合格,其勵磁特性試驗數(shù)據(jù)良好,表明PT無異常。通過對客觀數(shù)據(jù)進行分析,可能是由于系統(tǒng)發(fā)生鐵磁諧振造成PT一次保險熔斷,但也不能排除PT某些特性劣化的可能。因為6 kV工作段和公用段PT多次發(fā)生過PT一次保險熔斷事故,但是與6 kV工作段相連的供熱段母線、與公用段相連的脫硫段母線從未發(fā)生過PT保險熔斷事故(PT一次接線方式相同),說明雖然PT試驗合格,但不能排除PT特性存在劣化的可能。

        綜上分析可知,造成6 kV ⅡB段母線PT一次保險熔斷的原因主要有兩點:(1)PT特性劣化;(2)2C磨煤機B相電纜發(fā)生間歇性弧光接地故障,系統(tǒng)發(fā)生鐵磁諧振,使6 kV ⅡB段母線PT鐵芯飽和,母線PT勵磁電流增大,引起6 kV ⅡB段母線PT一次保險熔斷[2]。

        4 改造方案

        為了從根本上解決電壓互感器一次保險熔斷問題,保證廠用電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行,有必要對6 kV PT裝置進行改造,在改造前臨時采用綜保裝置[3]實現(xiàn)動力設(shè)備的低電壓保護功能,提高保護動作可靠性。

        查閱國家能源局文件《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項重點要求》[4](國能安全〔2014〕161號)可知,為防止中性點非直接接地系統(tǒng)發(fā)生由于電磁式電壓互感器飽和產(chǎn)生的鐵磁諧振過電壓,可采取以下措施:

        (1)選用勵磁特性飽和點較高的在1.9Um/■電壓下,鐵芯磁通不飽和的電壓互感器。

        (2)在電壓互感器(包括系統(tǒng)中的用戶站)一次繞組中性點對地間串接線性或非線性消諧電阻、加零序電壓互感器,或者在開口三角繞組加阻尼或其他專門消除此類諧振的裝置。

        (3)10 kV及以下用戶電壓互感器一次中性點應(yīng)不直接接地。

        綜合以上考慮,為徹底解決PT一次保險熔斷問題,采取將現(xiàn)有PT更換為勵磁性能好、抗飽和能力強的大容量全絕緣型PT,并在PT一次側(cè)中性點加裝一次消諧裝置的方案。

        4.1? ? PT選擇

        選擇全絕緣型電壓互感器的原因如下[5]:

        (1)接線方式不同。半絕緣電壓互感器一次中性點必須直接接地運行,由于近幾年脫硫脫硝改造、供熱改造,6 kV母線段上并聯(lián)的PT越來越多,諸多的半絕緣電壓互感器并聯(lián)運行,在系統(tǒng)稍有不對稱時,很容易激發(fā)形成高幅值的鐵磁諧振過電壓,電壓互感器并聯(lián)數(shù)越多越容易發(fā)生這種情況;全絕緣型電壓互感器既可以直接接地運行,又可以間接接地運行,還可以V形接線不接地運行。

        (2)消諧措施不同。半絕緣電壓互感器只能在二次開口三角繞組上采取措施,或加裝專用消諧器,或并聯(lián)燈泡,或并聯(lián)電阻消除諧振;全絕緣型電壓互感器除了可以采取上述措施外,還可以在一次中性點對地間串接線性或非線性消諧電阻、加裝零序電壓互感器等消諧裝置。

        (3)單相接地承受的電壓不同。半絕緣電壓互感器在正常運行中只承受相電壓,全絕緣型電壓互感器運行中可以承受線電壓。半絕緣電壓互感器在系統(tǒng)單相接地時,需要承受線電壓的沖擊,一般運行不得超過2 h,長期運行可能造成擊穿故障;全絕緣型電壓互感器在系統(tǒng)單相接地時,承受的是額定電壓,由于正常運行處于降壓運行狀態(tài),勵磁性能比較好,可有效防止鐵磁諧振過電壓。

        綜上所述,半絕緣電壓互感器在中性點不接地的6 kV配電系統(tǒng)運行中,容易發(fā)生鐵磁諧振過電壓,導(dǎo)致電壓互感器一次保險熔斷,燒毀電壓互感器,甚至引發(fā)系統(tǒng)事故,嚴(yán)重危及繼電保護和自動裝置的正確動作,影響計量的正確性,易造成測量數(shù)據(jù)丟失。由此可見,6 kV配電系統(tǒng)中不宜選用半絕緣電壓互感器,應(yīng)更換為全絕緣型電壓互感器,安全運行效果更可靠,有利于采取多種形式的消諧措施,確保設(shè)備安全運行。

        本次改造通過經(jīng)濟、技術(shù)比較,選擇了大連第一互感器有限責(zé)任公司生產(chǎn)的JDZX9-6G4型電壓互感器。該互感器為單相雙線圈全封閉產(chǎn)品,采用全絕緣結(jié)構(gòu),鐵芯用優(yōu)質(zhì)冷軋硅鋼片繞成環(huán)形,一、二次繞組和鐵芯均澆注在環(huán)氧樹脂內(nèi),絕緣性能優(yōu)良,耐污穢、耐潮濕性能良好,二次出線有接線護罩,護罩上有使用便利的出線槽。該互感器適用于額定電壓為6 kV及以下的電力系統(tǒng),供電壓、電能測量及繼電保護使用。

        4.2? ? 一次消諧器的選擇

        一次消諧器是安裝在6~35 kV PT一次繞組Y0接線中性點與地之間的高容量非線性元件,起到阻尼與限流的作用。即在6~35 kV電網(wǎng)中性點不接地系統(tǒng)中,母線上Y0接線的PT一次繞組將成為該系統(tǒng)對地的唯一金屬性通道。單相接地或消失時,電網(wǎng)對地電容通過PT一次繞組有一個充放電的過渡過程。試驗測得此時常常有最高幅值達數(shù)安培的工頻半波涌流通過PT,此電流有可能將PT一次保險(0.5 A)熔斷。而安裝了一次消諧器后,這種涌流得到了有效抑制,一次保險不再因為這種涌流而熔斷,對限制互感器鐵磁諧振過電壓的效果比較明顯,能有效抑制弧光接地時流過電壓互感器一次繞組的電流,防止電壓互感器燒毀,當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地后可較長時間保護電壓互感器免受損傷。本次改造選用的是保定市科威電力科技有限公司生產(chǎn)的一次消諧器,型號為KWYX-6 kV,能夠完全滿足本次改造的性能要求[6]。

        在PT一次繞組中性點與地之間串入一次消諧器后會增加PT二次側(cè)三次諧波電壓。這是由于PT一次繞組的勵磁電流中含有大量的三次諧波分量,三相對稱系統(tǒng)中,三次諧波電流是零序方向,即3個PT中的三次諧波電流是同一個方向,都流過PT一次繞組中性點與地之間的消諧器,必然在消諧器上產(chǎn)生三次諧波電壓,此電壓會使開口三角兩端電壓升高(約5~10 V),需增加一個附件以消除因上述原因造成的電壓升高情況。選擇同為保定市科威電力科技有限公司生產(chǎn)的一次消諧附件,型號為KWYX-JF,此附件只有日光燈“跳泡”般大小,可以直接接在端子排的開口三角da、dn兩端,以免由于消諧器引起的開口三角電壓升高。改造后的6 kV母線PT接線如圖2所示。

        5 結(jié)語

        改造完成后,6 kV系統(tǒng)多次發(fā)生過單相接地事故,最嚴(yán)重的一次事故是I期柱塞備變高壓側(cè)電纜C相發(fā)生間歇性接地故障,運行人員未能及時發(fā)現(xiàn),2 h后發(fā)展成B、C相間短路,造成I期柱塞備變開關(guān)跳閘,接地故障消失,PT經(jīng)受住了2 h的考驗,一次保險完好無損,證明本次改造是成功的。

        [參考文獻]

        [1] 危成林.電壓互感器高壓熔斷器頻繁熔斷的原因及處理研究[J].通訊世界,2019,26(2):183-184.

        [2] 宋建鋼.電壓互感器高壓熔斷器熔體熔斷故障分析及處理[J].電世界,2016,57(9):16-19.

        [3] RCS-9600CN系列廠用電保護測控裝置技術(shù)和使用說明書[Z].

        [4] 防止電力生產(chǎn)事故的二十五項重點要求:國能安全〔2014〕161號[A].

        [5] 電流互感器和電壓互感器選擇及計算規(guī)程:DL/T 866—2015[S].

        [6] 保定市科威電力科技有限公司.KWYX-6 kV消諧器說明書[Z].

        收稿日期:2020-03-29

        作者簡介:鄭祥云(1981—),男,山東沂水人,碩士,高級工程師,研究方向:電力系統(tǒng)繼電保護。

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