崔 鵬
(華能河南中原燃?xì)獍l(fā)電有限公司,河南 駐馬店 463000)
發(fā)電廠發(fā)電機(jī)出口斷路器和隔離開關(guān)是實(shí)現(xiàn)機(jī)組并網(wǎng)的關(guān)鍵設(shè)備[1],對(duì)于燃?xì)庹{(diào)峰機(jī)組來說,運(yùn)行方式多樣,斷路器出現(xiàn)故障的概率大為增加。介紹了一起因隔離開關(guān)合閘行程不足,斷路器側(cè)觸指與隔離開關(guān)動(dòng)觸頭鍍銀層無法充分接觸,從而導(dǎo)致母線間斷性接地的事故[2]。詳細(xì)闡述了檢查過程和分析思路,并根據(jù)暴露出的問題,提出了改進(jìn)措施。
某電廠采用西門子9F級(jí)燃?xì)廨啓C(jī),出口電壓21 kV,額定功率390 MW,主接線采用擴(kuò)大型單元接線,1號(hào)發(fā)電機(jī)(1F)經(jīng)出口斷路器01隔離開關(guān)012、主變壓器接入500 kV系統(tǒng)。出口斷路器01和隔離開關(guān)012為ABB公司生產(chǎn)的HECS-100L型發(fā)電機(jī)出口開關(guān)組合電器,采用分相布置,每相電氣元件獨(dú)立安裝在一個(gè)金屬罩殼內(nèi),兩端連至離相封閉母線,整體安裝在主廠房與主變壓器之間高6.5 m的鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)上。三相斷路器、隔離開關(guān)分別通過連桿連接,同時(shí)動(dòng)作三相,斷路器采用液壓彈簧操作機(jī)構(gòu),隔離開關(guān)為戶內(nèi)、金屬封閉和水平布置型式,采用電動(dòng)操作機(jī)構(gòu),設(shè)有就地和遠(yuǎn)方兩種控制模式,其接線圖如圖1所示。
圖1 1號(hào)發(fā)電機(jī)電氣主接線圖
1號(hào)發(fā)電機(jī)長期停運(yùn)后,初次啟動(dòng)并網(wǎng),斷路器01、隔離開關(guān)012均在合位,發(fā)電機(jī)升負(fù)荷過程中,發(fā)電機(jī)第一套保護(hù)100%定子接地保護(hù)啟動(dòng),延時(shí)1001 ms動(dòng)作于全停,此時(shí)發(fā)電機(jī)有功功率70 MW,無功功率13 Mvar,定子電壓21 kV,定子電流2 kA。
某日,根據(jù)調(diào)度計(jì)劃,某電廠1號(hào)發(fā)電機(jī)擬于14:00啟動(dòng)并網(wǎng),12:12燃機(jī)點(diǎn)火成功,后運(yùn)行值長向調(diào)度申請(qǐng)合上隔離開關(guān)012,將1號(hào)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)為熱備用狀態(tài),遠(yuǎn)方控制過程中,隔離開關(guān)012出驅(qū)動(dòng)故障報(bào)警,位置反饋信號(hào)消失。
就地檢查隔離開關(guān)012驅(qū)動(dòng)電源空氣斷路器Q900跳閘,隔離開關(guān)機(jī)械位置和電氣位置指示消失,判斷機(jī)構(gòu)行駛至中間位置無法前進(jìn),無法再進(jìn)行電動(dòng)操作。測量驅(qū)動(dòng)電機(jī)絕緣均合格,檢查隔離開關(guān)底部三相執(zhí)行機(jī)構(gòu)連桿無變形、三相角度一致。就地試送驅(qū)動(dòng)電源空氣斷路器Q900,約5 s后,Q900再次跳閘。
由于未發(fā)生過此類問題,電廠人員遂咨詢廠家ABB公司武漢辦事處技術(shù)服務(wù)人員,廠家人員詳細(xì)詢問了現(xiàn)場情況,包括上次正常分合至本次卡澀期間是否進(jìn)行過開關(guān)檢修、是否打開過組合電器的罩殼、開關(guān)底部的傳動(dòng)連桿是否三相一致、以前有無運(yùn)行異?,F(xiàn)象等情況后,告知電廠人員隔離開關(guān)012如果長期處于分位,再次合閘時(shí),合閘力矩會(huì)變大,有可能使驅(qū)動(dòng)電機(jī)過載或燒毀,該型隔離開關(guān)設(shè)計(jì)有手動(dòng)分合閘功能,可就地手動(dòng)對(duì)操作機(jī)構(gòu)進(jìn)行活動(dòng)。電廠人員遂按照設(shè)備說明書中操作說明,在服務(wù)人員遠(yuǎn)方指導(dǎo)下,使用操作手柄進(jìn)行手動(dòng)活動(dòng),活動(dòng)兩次后,通過就地控制柜對(duì)隔離開關(guān)進(jìn)行電動(dòng)合、分閘操作2次,隔離開關(guān)機(jī)械和電氣位置指示均正常。13:30,運(yùn)行人員在DCS上對(duì)隔離開關(guān)012進(jìn)行分合閘1次,分合過程正常,隔離開關(guān)就地機(jī)械位置和電氣位置指示均正常。
14:21,1號(hào)發(fā)電機(jī)并網(wǎng),14:27機(jī)組負(fù)荷升至70 MW時(shí),DCS報(bào)發(fā)電機(jī)綜合保護(hù)動(dòng)作,機(jī)組跳閘,發(fā)電機(jī)解列。就地檢查1號(hào)發(fā)電機(jī)第1套保護(hù)柜,顯示發(fā)電機(jī)100%定子接地保護(hù)動(dòng)作,動(dòng)作時(shí)間1001ms,動(dòng)作曲線顯示,跳閘前1號(hào)發(fā)電機(jī)B相電壓降低,A、C兩相電壓隨之升高,可判斷1號(hào)發(fā)電機(jī)B相發(fā)生了間歇性接地。
電廠人員沿出線進(jìn)行檢查,發(fā)現(xiàn)組合電器小間內(nèi)隔離開關(guān)012B相罩殼內(nèi)存在灼燒跡象,打開罩殼發(fā)現(xiàn)B相動(dòng)、靜觸頭兩端端部(鍍銀層)及觸指均存在不同程度燒損,位于斷路器滅弧室側(cè)的觸頭燒蝕有大約20 mm的缺口,罩殼壁板有放電痕跡,傳動(dòng)機(jī)構(gòu)絕緣拉桿燒損,拐臂向上彎曲約35 mm。同時(shí)在B相罩殼內(nèi)斷路器側(cè)靜觸頭下面的底板上發(fā)現(xiàn)一方形環(huán)氧樹脂塊,尺寸30 mm×26 mm×10 mm,經(jīng)現(xiàn)場比對(duì)材質(zhì)和尺寸,確認(rèn)為斷路器側(cè)靜觸頭上安裝的導(dǎo)向塊的一部分。檢查A、C相罩殼未發(fā)現(xiàn)異常。
綜合現(xiàn)場檢查和情況分析,1號(hào)發(fā)電機(jī)隔離開關(guān)012損壞的原因?yàn)楦綦x開關(guān)靠斷路器側(cè)的靜觸頭頂部導(dǎo)向塊部分脫落(厚度約10 mm),導(dǎo)致該滑塊無倒角,合閘過程中,運(yùn)動(dòng)部分首部向下偏移,中心線不重合,阻力增大,驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)電機(jī)跳閘。合閘完成后,鍍銀層和觸指不能充分結(jié)合,在升負(fù)荷過程中,流過斷口的電流時(shí)逐漸增大,發(fā)熱導(dǎo)致觸頭熔焊,并在動(dòng)靜觸頭間隙拉弧,金屬液化濺射放電,導(dǎo)致B相母線存在間斷性接地痕跡,發(fā)電機(jī)定子保護(hù)動(dòng)作跳閘。
圖2為隔離開關(guān)012分閘狀態(tài)的示意圖,斷路器側(cè)靜觸頭內(nèi)安裝3只定位滑塊,每只滑塊外沿有圓形倒角,隔離開關(guān)動(dòng)觸頭端部為圓形倒角,便于動(dòng)觸頭行進(jìn)過程中減小阻力,到達(dá)合閘終點(diǎn)后,動(dòng)觸頭固定在觸指和定位滑塊之間,其鍍銀層與斷路器觸指相連,接觸電阻小且穩(wěn)定,保證隔離開關(guān)能正常通過工作電流[3]。其動(dòng)觸頭行程軌跡如圖3所示。
圖2 隔離開關(guān)012分閘狀態(tài)的示意圖
圖3 隔離開關(guān)動(dòng)觸頭行程軌跡圖
現(xiàn)場對(duì)隔離開關(guān)012動(dòng)靜觸頭的尺寸及行程進(jìn)行測量,靜觸頭觸指與斷路器靜觸頭觸指間距為240 mm,觸指長度為75 mm,動(dòng)觸頭總長290 mm,雙側(cè)鍍銀層各40 mm,傳動(dòng)桿長度190 mm,拐臂長度160 mm,行程軌跡如圖3所示。到達(dá)完全合位時(shí),隔離開關(guān)012兩側(cè)鍍銀層各深入觸指30 mm,經(jīng)檢查拐臂變形彎曲,末端上抬約35 mm,導(dǎo)致直線長度減少約20 mm,刀閘合閘過程中,運(yùn)動(dòng)路程縮短20 mm左右,觸指與鍍銀層接觸長度不足,同時(shí)動(dòng)靜觸頭中心線偏移,上部間隙導(dǎo)致過熱拉弧,引發(fā)此次事故。
底板上的環(huán)氧樹脂塊基本保存完好,經(jīng)比對(duì)確認(rèn)為開裂掉落的定位滑塊的一部分,檢查另2只水平分布定位滑塊情況發(fā)現(xiàn),右側(cè)定位滑塊由于受到高溫導(dǎo)致變形,左側(cè)滑塊已脫落,因此可以判斷頂部滑塊為故障前掉落。
綜上所述,有理由推定隔離開關(guān)012上次動(dòng)作時(shí),環(huán)氧樹脂滑塊受到擠壓,使滑塊開裂,脫落至底板上,本次合閘時(shí),頂部滑塊因無倒角導(dǎo)引,機(jī)構(gòu)受頂部定位滑塊阻擋使合閘力矩變大,拐臂彎曲,合閘距離不足,鍍銀層和觸指不能充分接觸,接觸電阻變大發(fā)熱融化,最終引發(fā)此次事故[4]。
a.設(shè)備設(shè)計(jì)存在缺陷。該型隔離開關(guān)的機(jī)械指示和電氣指示均通過其操作機(jī)構(gòu)上的指示器實(shí)現(xiàn),導(dǎo)致即使機(jī)械指示和電氣指示均為合位時(shí),隔離開關(guān)實(shí)際上可能并不處于完全合閘位置[5],只能人工通過窺視孔確認(rèn)其位置,且三相隔離開關(guān)之間布置極為緊湊,人員活動(dòng)不便,不利于隔離開關(guān)位置確認(rèn),后期已加裝一套視頻監(jiān)控系統(tǒng),并將監(jiān)控畫面實(shí)時(shí)傳至監(jiān)控后臺(tái),方便人員確認(rèn)隔離開關(guān)的實(shí)際位置。
b.導(dǎo)向塊存在質(zhì)量問題。事故發(fā)生前半年,電廠人員在機(jī)組例行檢修時(shí),已經(jīng)對(duì)該導(dǎo)向塊進(jìn)行過檢查,并未發(fā)現(xiàn)開裂、移位情況。事故發(fā)生時(shí)該開關(guān)動(dòng)作僅1260次,在遠(yuǎn)未達(dá)到其設(shè)計(jì)的5000次機(jī)械壽命的檢修標(biāo)準(zhǔn)下,即發(fā)生導(dǎo)向塊斷裂脫落現(xiàn)象,說明該導(dǎo)向塊存在嚴(yán)重的質(zhì)量問題。廠家目前并無升級(jí)或替代產(chǎn)品,只能通過增加檢查、檢修頻次等手段減少設(shè)備隱患。
c.設(shè)備隱患排查不深入。電廠人員未能結(jié)合設(shè)備的運(yùn)行特性,特別是根據(jù)長期停運(yùn)后的設(shè)備狀態(tài)制定詳細(xì)的有針對(duì)性的維護(hù)檢查計(jì)劃,隔離開關(guān)動(dòng)靜部件缺少必要的維護(hù)項(xiàng)目和內(nèi)容,導(dǎo)致設(shè)備異常未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)、及時(shí)處理。下一步應(yīng)認(rèn)真吸取事故教訓(xùn),舉一反三,全面深入開展隱患排查工作,逐一排查高壓斷路器、隔離開關(guān)的操作機(jī)構(gòu)、二次回路、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等,與廠家溝通能否通過技改實(shí)現(xiàn)每隔離開關(guān)均有獨(dú)立的狀態(tài)指示,徹底消除設(shè)備存在的隱患。
本文對(duì)一起發(fā)電機(jī)出口斷路器燒損事故進(jìn)行了分析,詳細(xì)闡述了檢查過程和分析思路,并根據(jù)暴露出的問題,提出了改進(jìn)措施,對(duì)采用相同形式隔離開關(guān)的發(fā)電機(jī)組具有借鑒意義。