金垚，陳強，周霄

（南方電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電有限公司檢修試驗分公司，廣東廣州，510000）

0 引言

惠州蓄能水電廠主機設(shè)備為法國ALSTOM公司生產(chǎn)制造。每臺發(fā)電機組通過18kV封閉母線連接至500kV主變壓器低壓側(cè)。然后每兩臺主變作為一個單元，其高壓側(cè)在地下廠房通過500kVGIS設(shè)備并接至500kV干式高壓電纜，然后通過高壓電纜洞送至地面500kV開關(guān)站接入電網(wǎng)?；葜菪钅芩姀S共安裝有8臺300MW的可逆式機組、8臺500kV主變壓器以及4條500kV高壓電纜。根據(jù)設(shè)計，惠州蓄能水電廠的機組保護、主變保護、500kV高壓電纜保護裝置均采用法國AREVA公司生產(chǎn)制造的P系列保護裝置，其在保護設(shè)備中大量使用了CSM型號的時間繼電器。同時惠州蓄能水電廠勵磁系統(tǒng)也由ALSTOM公司生產(chǎn)制造，ALSTOM公司在勵磁系統(tǒng)的控制回路中也部分使用了CSM型號時間繼電器。CSM時間繼電器在惠州蓄能水電廠中應(yīng)用較為廣泛，而且十分重要。

1 CSM時間繼電器工作分析

1.1 CSM時間繼電器概述

惠州蓄能水電廠CSM時間繼電器品牌為MTI，其型號為CSM24-240AC/DC。它是一種多功能，多量程的電子式時間繼電器，本身具有ET、MT、P.ET、P.MT、K、T多種功能模式，時間調(diào)節(jié)范圍廣。根據(jù)ALSTOM公司的設(shè)計，在惠州蓄能水電廠的各保護系統(tǒng)中，CSM時間繼電器正常工作時有兩種狀態(tài)，分別是通電延時狀態(tài)和失電延時狀態(tài)。其中處于失電延時狀態(tài)的CSM時間繼電器工作在常勵磁狀態(tài)，其線圈一直處于勵磁狀態(tài)，其A1、B1均帶正電，A2帶負(fù)電，這也是我們后面主要討論的工作狀態(tài)。處于通電延時狀態(tài)的CSM時間繼電器則工作在常失磁狀態(tài)，其線圈一直處于失磁狀態(tài)，A2帶負(fù)電，只有回路接通時A1引入正電。每個CSM時間繼電器有4對節(jié)點，其中兩對為瞬時節(jié)點，兩對為延時節(jié)點，根據(jù)具體實際情況分別使用。

1.2 CSM時間繼電器在各保護系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

圖1 CSM時間繼電器工作模式以及節(jié)點配置情況

根據(jù)ALSTOM廠家設(shè)計，惠州蓄能水電廠機組保護系統(tǒng)中CSM時間繼電器002XT用于監(jiān)視18kV母線設(shè)備中換相刀閘的工作狀態(tài)。通過繼電器002XO、007XF、008XF構(gòu)成的監(jiān)視回路，能夠保證換相刀閘處于分閘狀態(tài)、發(fā)電工況合閘狀態(tài)以及抽水工況合閘狀態(tài)時，其正常狀態(tài)均能使CSM時間繼電器002XT的B1端子引入正電，使得002XT繼電器一直處于勵磁狀態(tài)。機組保護裝置的CSM時間繼電器005XT用于監(jiān)視機組保護裝置A套以及B套的電源狀態(tài)。當(dāng)只要機組保護A套裝置電源監(jiān)視繼電器008XU和機組保護B套裝置電源監(jiān)視繼電器005XU中任一繼電器勵磁時，CSM繼電器005XT的B1端接通，005XT處于勵磁狀態(tài)；當(dāng)電源監(jiān)視繼電器008XU和009XU同時失磁時，CSM繼電器005XT的B1端子失去正電，從而繼電器005XT失磁后出口回路延時動作。同時也我們也可以分析出，CSM時間繼電器002XT、005XT由于繼電器本身故障損壞時，會回到失磁狀態(tài)，其常閉節(jié)點會動作，機組保護出口回路接通，從而造成機組跳閘，后果較為嚴(yán)重。同樣，在電纜保護中也設(shè)置有CSM時間繼電器001XT工作在常勵磁狀態(tài)下監(jiān)視電纜保護電源，在主變保護中也設(shè)置有CSM時間繼電器003XT工作在常勵磁狀態(tài)下監(jiān)視電纜保護電源。只要這些CSM時間繼電器失磁動作時都會導(dǎo)致對應(yīng)的保護裝置出口跳閘，造成較為嚴(yán)重的后果。

圖2 機組保護002XT和005XT接線圖

1.3 CSM時間繼電器在勵磁系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

同時，惠州蓄能水電廠勵磁系統(tǒng)采用法國ALSTOM生產(chǎn)制造的P320型勵磁裝置。該勵磁系統(tǒng)工作十分穩(wěn)定、維護方便。P320型勵磁裝置調(diào)節(jié)控制部分采用兩套整合有自動勵磁電壓調(diào)節(jié)和自動勵磁電流調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)器，兩套調(diào)節(jié)器之間相互跟蹤，以實現(xiàn)相互間的無擾動切換。調(diào)節(jié)部分的電源采用雙電源方式，能夠?qū)崿F(xiàn)相互之間無間斷切換，且各調(diào)節(jié)器電源相互獨立、互不影響，以滿足穩(wěn)定、可靠運行的需要。該P320型勵磁系統(tǒng)的控制和測量部分采用插件形式，在每個插件的面板上配置有輸入、輸出部分的參數(shù)測量點，調(diào)節(jié)、維護極為方便。勵磁系統(tǒng)的整流裝置由兩個完全相同的可控硅橋并聯(lián)而成，每組可控硅橋裝有6個型號為DCR3030V35型號的可控硅，分別裝設(shè)在2個盤柜中，并配有散熱風(fēng)扇。在P320型勵磁裝置中，廠家共設(shè)置有4個CSM時間繼電器，其中繼電器K13、K23用來控制勵磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的切換，繼電器K100、K101用來控制可控硅橋的切換。

圖3 P320型勵磁裝置可控硅橋切換控制圖

當(dāng)勵磁系統(tǒng)的可控硅橋控制方式置于橋1時，則繼電器K70的11-12節(jié)點接通，可控硅橋1本身無故障時，繼電器K19的11-12節(jié)點接通，從而CSM時間繼電器K100的B1端接通，K100處于勵磁狀態(tài)。即可控硅橋1工作時，CSM繼電器100處于勵磁狀態(tài)。同樣當(dāng)勵磁系統(tǒng)可控硅橋2工作時，CSM繼電器101處于勵磁狀態(tài)。勵磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)器通道1和調(diào)節(jié)器通道2的運行方式也與之類似，即勵磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)器通道1工作時，CSM時間繼電器K13處于勵磁狀態(tài)；即勵磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)器通道2工作時，CSM時間繼電器K23也處于勵磁狀態(tài)。同時，我們對勵磁系統(tǒng)制定了運行策略，讓勵磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的2個通道和2個可控硅橋均處于輪流運行的狀態(tài)。在奇數(shù)年勵磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)器通道1和可控硅橋1運行，偶數(shù)年時勵磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)器通道2和可控硅橋2運行。由上述分析我們可以知道，勵磁系統(tǒng)中CSM時間繼電器K13、K23、K100及K101實際處于常勵磁運行狀態(tài)的時間勵磁系統(tǒng)投運總時間的一半。

1.4 CSM時間繼電器的運行統(tǒng)計情況及分析

根據(jù)惠州蓄能水電廠的設(shè)備實際情況，法國ALSTOM公司在每臺機組保護中使用了5個CSM時間繼電器，其中2個工作在常勵磁狀態(tài)，另外3個工作在常失磁狀態(tài)；每臺主變壓器保護中使用了2個CSM時間繼電器，其中1個工作在常勵磁狀態(tài)，另外1個工作在常失磁狀態(tài)；每條電纜保護中使用了1個CSM時間繼電器，該繼電器一直工作在常勵磁狀態(tài)；每臺勵磁中使用了4個CSM時間繼電器，這4各繼電器均處于輪換勵磁工作的狀態(tài)。因此惠州蓄能水電廠共計有常勵磁工作CSM時間繼電器28個，常失磁狀態(tài)CSM時間繼電器32個，處于輪換常勵磁工作狀態(tài)CSM時間繼電器32個。根據(jù)惠州蓄能水電廠的歷年設(shè)備的運行情況，統(tǒng)計出最近幾年損壞的CSM時間繼電器情況，詳見表1。

表1 惠州蓄能水電廠近年CSM時間繼電器損壞情況一覽表

由上述統(tǒng)計可以看出，惠州蓄能水電廠自2011年全廠投運后，所使用的CSM電子式時間繼電器從2014年開始逐步出現(xiàn)損壞的報告。在第一次損壞時，該繼電器故障直接導(dǎo)致機組保護出口動作，但由于當(dāng)時#3機組本身處于停機狀態(tài)，未造成其他后果，未引起重視，運維人員僅將該繼電器進行更換處理。當(dāng)2015年再次出現(xiàn)CSM時間繼電器損壞時，由于#8機組正處于泵工況運行狀態(tài)，本次故障便導(dǎo)致#8機組跳機。當(dāng)此次故障發(fā)生后，惠州蓄能水電廠高度重視，立刻采取措施，首先對故障的原因進行了詳細(xì)的分析，制定了完善的優(yōu)化改造方案，并立即著手實施相關(guān)改造優(yōu)化工作。于是從2016年開始，惠州蓄能水電廠檢修部門結(jié)合機組檢修期，對全廠所有涉及到CSM繼電器的相關(guān)回路進行了全面徹底的優(yōu)化改進，將原相關(guān)常勵磁CSM時間繼電器的動作后果由原來的跳閘出口改為報警出口。這樣既保障了CSM時間繼電器故障后運行人員通過監(jiān)控系統(tǒng)依舊能夠及時看到告警信號，及時通知檢修人員處理缺陷，但是也不會造成保護裝置出口跳閘，降低了設(shè)備運行風(fēng)險。同時結(jié)合設(shè)備運行統(tǒng)計情況可以發(fā)現(xiàn)，即便在惠蓄電廠進行保護裝置回路優(yōu)化改進后，相關(guān)設(shè)備仍然出現(xiàn)了5次由于CSM時間繼電器處于長期勵磁情況導(dǎo)致?lián)p壞的故障，其中有3次故障是在機組帶負(fù)荷運行的情況下發(fā)生。可以看出，惠州蓄能水電廠通過本次回路優(yōu)化升級，大大優(yōu)化了CSM時間繼電器動作后果邏輯，將跳閘出口改為報警信號，從而避免了設(shè)備在運行過程中由于保護裝置CSM時間繼電器故障后造成的機組誤跳閘風(fēng)險，大大提高了設(shè)備的可靠性。但同時我們也可以看出，單純針對CSM時間繼電器回路的優(yōu)化改進，并不能解決CSM時間繼電器本身損壞的問題。根據(jù)統(tǒng)計可以發(fā)現(xiàn)，CSM電子式時間繼電器工作在常勵磁方式時，大約經(jīng)過4～6年時間的運行后，其工作可靠性出現(xiàn)明顯降低的情況，損壞概率急劇增加。而且可以發(fā)現(xiàn)，在惠州蓄能水電廠所使用的CSM時間繼電器中，所損壞的繼電器全部工作在常勵磁狀態(tài)下，而所有的常失磁狀態(tài)CSM繼電器均沒有損壞。即便是在勵磁系統(tǒng)中輪換工作的常勵磁狀態(tài)的CSM時間繼電器，其也未出現(xiàn)過損壞的報告。因此我們可以發(fā)現(xiàn)，CSM時間繼電器在常勵磁的工作條件下，其使用壽命將會大大下降。同時查看該繼電器說明書中并無關(guān)于電氣壽命的描述，僅有關(guān)于機械壽命的描述，機械壽命的廠家保證值為5百萬次，因此當(dāng)前已損壞的CSM時間繼電器均遠(yuǎn)未達(dá)到其機械壽命。上述所有的CSM時間繼電器均在按照要求每次定檢維護時進行了常規(guī)的試驗，測量繼電器的直阻、接觸電阻、動作時間等項目，確認(rèn)繼電器在每次定檢時處于良好的狀態(tài)。同時，繼電器的工作環(huán)境良好，為地下廠房，廠房溫濕度基本保持恒定。將故障CSM時間繼電器進行解體檢查，拆開外殼檢查內(nèi)部接線及元器件外觀情況，確認(rèn)其電路板及元器件外觀狀態(tài)均處于良好狀態(tài)，并未發(fā)現(xiàn)明顯的故障痕跡，因此也無法通過對CSM時間繼電器檢查外觀來確認(rèn)繼電器的狀況。

2 總結(jié)

根據(jù)上述分析，我們在使用CSM時間繼電器時，要結(jié)合其使用工作條件和使用壽命來進行管控，針對重點設(shè)備做好統(tǒng)計分析，做出更有針對性、更加有效的檢修策略。當(dāng)CSM時間繼電器應(yīng)用于保護裝置時，應(yīng)當(dāng)結(jié)合保護裝置3年、6年的部檢以及全檢時間及時將其更換。對于應(yīng)用在其他系統(tǒng)的CSM時間繼電器，可以酌情結(jié)合設(shè)備定檢機會將其更換?；葜菪钅芩姀S檢修維護人員自2019年年中開始，更換了新的運維策略。對機組保護、主變保護以及發(fā)高壓電纜保護裝置中處于常勵磁狀態(tài)的CSM時間繼電器在每次保護裝置定檢時都進行更換。經(jīng)過一輪檢修周期后，保護裝置中處于常勵磁狀態(tài)的CSM時間繼電器均更換完成。后續(xù)運行結(jié)果也非常良好，采用新的管控策略后的常勵磁狀態(tài)的CSM時間繼電器未再出現(xiàn)損壞的報告。對于惠蓄電廠勵磁系統(tǒng)中的CSM繼電器，結(jié)合勵磁系統(tǒng)每年定檢的周期，設(shè)定6年周期對其進行更換。采用該策略后，惠州蓄能水電廠勵磁系統(tǒng)中的CSM時間繼電器工作狀態(tài)良好，未出現(xiàn)損壞的報告。同時，這些情況也提示我們在設(shè)計繼電器的動作回路時，應(yīng)當(dāng)根據(jù)設(shè)備的重要程度考慮是否使用常開節(jié)點還是常閉節(jié)點進行設(shè)置出口。當(dāng)設(shè)備重要度極高，后果非常嚴(yán)重時，我們需要考慮使用常閉節(jié)點保障設(shè)備安全。當(dāng)設(shè)備的重要度下降，需要優(yōu)先考慮誤動風(fēng)險時，我們需要優(yōu)先考慮常開節(jié)點出口，以降低設(shè)備誤動的幾率。底解決工作中的問題。

圖4 故障繼電器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖