張立堅(jiān)，卞春兵，孫 錢，沈 欣

（江蘇省灌溉總渠管理處，江蘇 淮安 223200）

蘇州市婁江水利樞紐工程位于蘇嘉杭高速公路婁江高架以西、外塘河以東區(qū)間的婁江河段上，是蘇州市中心區(qū)防洪工程控制建筑之一。該工程由14 m節(jié)制閘和一座設(shè)計(jì)總流量15 m3/s 的單向泵站組成，節(jié)制閘布置在河道北側(cè)，泵站緊鄰節(jié)制閘，靠河道南岸布置，泵站只有排澇要求，屬單向泵站，泵站由進(jìn)水池、導(dǎo)流墩、攔污柵、泵房、出水池等建筑物組成。泵站采用堤身式布置，內(nèi)安裝3 臺(tái)“S”型單軸伸泵，單泵流量為5 m3/s，裝有三臺(tái)單機(jī)功率200 kW 機(jī)組，裝機(jī)總?cè)萘?00 kW，采用單列布置。

泵站主電源由供電部門開(kāi)閉所10 kV 高壓開(kāi)關(guān)柜出線，經(jīng)10 kV 橡塑絕緣電纜引至泵站10 kV 高壓室111 進(jìn)線總開(kāi)關(guān)柜，高壓室內(nèi)另設(shè)置有112 計(jì)量柜、113 電壓測(cè)量避雷器柜、114 站變柜、115 補(bǔ)償電容器組柜、1 號(hào)～3 號(hào)主電動(dòng)機(jī)開(kāi)關(guān)柜，該工程配電系統(tǒng)一次接線簡(jiǎn)圖如圖1 所示。

圖1 婁江樞紐高壓配電系統(tǒng)一次接線簡(jiǎn)圖

1 現(xiàn)場(chǎng)情況

2021 年5 月7 日，該樞紐泵站1 號(hào)～3 號(hào)主機(jī)組正在抽水運(yùn)行，13：15 時(shí)，整個(gè)工程突然失電，值班人員執(zhí)行緊急停機(jī)程序后，迅速檢查配電系統(tǒng)，高壓室、低壓室及機(jī)組所在廠房，發(fā)現(xiàn)交流電均已在斷電狀態(tài)。高壓室內(nèi)，光字牌集控中心發(fā)出斷電告警聲，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急照明燈亮起，高壓室內(nèi)各斷路器均在工作位置、合閘位置，高壓開(kāi)關(guān)柜上儀表電壓顯示均為0，各繼電保護(hù)裝置無(wú)跳閘或告警信息。低壓室內(nèi)各設(shè)備也無(wú)跳閘或告警信息。在巡視到1 號(hào)、2 號(hào)機(jī)組附近時(shí)，聞到有焦糊味。聯(lián)系電力部門對(duì)開(kāi)閉所送電至該樞紐的10 kV 高壓出線柜進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)斷路器正處在工作位置、跳閘狀態(tài)，保護(hù)裝置顯示速斷跳閘，故工程10 kV 主供電源進(jìn)線斷電，造成整站失電狀態(tài)。

2 查看研判

檢修人員將高壓室內(nèi)各柜面板上的控制方式轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)旋至就地狀態(tài)后，把斷路器現(xiàn)地分閘，并將斷路器手車搖至試驗(yàn)位置，在進(jìn)線開(kāi)關(guān)柜轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)手柄套上罩殼，在合閘按鈕上懸掛“禁止合閘、有人工作”警示標(biāo)牌，合上站變柜、補(bǔ)償電容器組柜及3 臺(tái)主機(jī)柜的接地刀閘，打開(kāi)開(kāi)關(guān)柜背面門，開(kāi)關(guān)柜內(nèi)真空斷路器、母排、電流（壓）互感器、過(guò)電壓保護(hù)器、電纜等柜內(nèi)設(shè)備外觀均無(wú)異?，F(xiàn)象；檢查進(jìn)線開(kāi)關(guān)柜、主電動(dòng)機(jī)開(kāi)關(guān)柜繼電保護(hù)裝置均未發(fā)出跳閘告警信號(hào)。

檢修人員拆開(kāi)主機(jī)層主電動(dòng)機(jī)接線盒，發(fā)現(xiàn)2號(hào)主電動(dòng)機(jī)接線盒內(nèi)，有嚴(yán)重的焦糊味，盒體和電纜終端表面布滿浮灰，接線樁頭上有明顯嚴(yán)重灼傷痕跡，如圖2 所示。同時(shí)，該臺(tái)電動(dòng)機(jī)引出線U 相已熔斷，如圖3 所示；對(duì)其余2 臺(tái)機(jī)組的接線盒也逐臺(tái)拆開(kāi)檢查，發(fā)現(xiàn)1 號(hào)主電動(dòng)機(jī)接線盒內(nèi)，電動(dòng)機(jī)V相引出線表層有損傷，如圖4 所示，3 號(hào)主電動(dòng)機(jī)接線盒內(nèi)外觀無(wú)異?，F(xiàn)象。

圖2 2 號(hào)主電動(dòng)機(jī)接線盒內(nèi)情況

圖3 2 號(hào)主電動(dòng)機(jī)U 相引出線熔斷

圖4 1 號(hào)主電動(dòng)機(jī)接線盒內(nèi)情況

該工程平時(shí)給內(nèi)河與外河之間換水，用以調(diào)節(jié)水質(zhì)環(huán)境，處于日常長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的工況。

通過(guò)檢查分析，此次故障是由于2 號(hào)主電動(dòng)機(jī)定子繞組引出線相互之間距離太小，熔斷處臨近W相接線樁頭，且在制作過(guò)程中，引出線絕緣層可能存在缺陷。引出線封閉在接線盒內(nèi)長(zhǎng)期運(yùn)行，平時(shí)可能存在著缺少檢查和維護(hù)，導(dǎo)致運(yùn)行發(fā)熱情況不能夠被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，且接線盒是全封閉式，導(dǎo)致著長(zhǎng)期散熱不良，隨著缺陷逐步發(fā)展，最終造成U 相絕緣逐步老化、破損，破損處又緊貼W 相接線樁頭，造成相間短路故障，U 相引出線熔斷。在2 號(hào)主電動(dòng)機(jī)及整個(gè)工程10 kV 進(jìn)線所配套的繼電保護(hù)裝置未能及時(shí)動(dòng)作跳閘的情況下，引起上級(jí)開(kāi)閉所出線柜繼電保護(hù)裝置速斷動(dòng)作，斷路器跳閘。

但是短路故障發(fā)生時(shí)，該工程2 號(hào)主電動(dòng)機(jī)及10 kV 進(jìn)線繼電保護(hù)裝置均未發(fā)出保護(hù)動(dòng)作跳閘信號(hào)，未能及時(shí)將故障設(shè)備切出線路，繼電保護(hù)裝置越兩級(jí)，至開(kāi)閉所出線保護(hù)裝置動(dòng)作跳閘。

為避免再次發(fā)生同類型故障時(shí)，本級(jí)保護(hù)裝置不能及時(shí)動(dòng)作，導(dǎo)致故障范圍擴(kuò)大，徹底解決該工程本級(jí)保護(hù)在設(shè)備故障時(shí)能夠及時(shí)發(fā)出跳閘信號(hào)，并準(zhǔn)確動(dòng)作保護(hù)設(shè)備是需要研究和解決的主要問(wèn)題。

主電動(dòng)機(jī)電纜引出線相間短路故障是否會(huì)對(duì)電動(dòng)機(jī)內(nèi)部定子繞組造成損傷，在未拆解機(jī)組時(shí)，須通過(guò)電氣試驗(yàn)來(lái)確定。故在對(duì)電動(dòng)機(jī)引出線進(jìn)線表面進(jìn)行簡(jiǎn)單處理后，開(kāi)展了主電動(dòng)機(jī)繞組直流電阻、絕緣電阻測(cè)量以及交流耐壓試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果詳見(jiàn)表1。試驗(yàn)結(jié)果表明，定子繞組直流電阻三相偏差僅為0.15%，低于規(guī)程規(guī)定的2%[1]。規(guī)程要求繞組的絕緣電阻值不低于rMΩ（r 等于額定電壓UN的kV 數(shù)）[1],實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)均在700 MΩ 以上，遠(yuǎn)高于10 MΩ，符合規(guī)程要求。在絕緣正常的情況下，開(kāi)展了定子繞組的交流耐壓試驗(yàn)，在試驗(yàn)過(guò)程中，未發(fā)現(xiàn)放電閃絡(luò)現(xiàn)象。

表1 2 號(hào)主電動(dòng)機(jī)試驗(yàn)情況

由此可見(jiàn)，主電動(dòng)機(jī)內(nèi)部繞組在引出線處相間短路故障后，仍完好無(wú)損，僅引出線處出現(xiàn)損傷，只需對(duì)引出線做出相應(yīng)的處理，而無(wú)需對(duì)主電動(dòng)機(jī)進(jìn)行解體檢修。

3 處理措施

3.1 電動(dòng)機(jī)引出線處理及試驗(yàn)

切除破損的主電動(dòng)機(jī)繞組引出線，并在每一相引出線的表面加套一層10 kV 高壓熱縮絕緣套管，以加強(qiáng)相間絕緣，如圖5 所示，并對(duì)2 號(hào)主電動(dòng)機(jī)高壓開(kāi)關(guān)柜至2 號(hào)主電動(dòng)機(jī)的10 kV 電纜按大修后的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。耐壓前后，電纜絕緣電阻值均高于2 GΩ，滿足規(guī)范要求的一般不小于1 GΩ[1]。在串聯(lián)諧振耐壓過(guò)程中，電纜兩端均未發(fā)現(xiàn)放電等異?，F(xiàn)象，表明該段電纜完好無(wú)損，無(wú)需任何處理，可繼續(xù)放心使用。

圖5 電動(dòng)機(jī)定子繞組引出線處理后

表2 10 kV 電纜試驗(yàn)情況

3.2 定值重新整定

由于是上級(jí)開(kāi)閉所繼電保護(hù)裝置越兩級(jí)跳閘，現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)裝置無(wú)跳閘信息，未能記錄故障發(fā)生時(shí)的電流、電壓、有功和無(wú)功等信息。檢查繼電保護(hù)裝置內(nèi)部整定值設(shè)定情況，見(jiàn)表3。

表3 繼電保護(hù)裝置整定值情況

主電動(dòng)機(jī)容量為200 kW，額定電流為13.60 A，主機(jī)柜內(nèi)電流互感器變比為50/5，二次側(cè)額定電流為1.36 A，速斷保護(hù)一般整定為額定電流的5～8 倍，取額定電流的8 倍為10.88 A，低于主電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置目前設(shè)定的速斷值13 A。進(jìn)線柜內(nèi)電流互感器變比為150/5，3 臺(tái)機(jī)組運(yùn)行時(shí)容量和站變負(fù)荷約為700 kW，正常運(yùn)行二次側(cè)電流為1.35 A，速斷也取運(yùn)行電流的8 倍為10.8 A，也低于保護(hù)裝置設(shè)定的速斷值11.6 A。

顯然本級(jí)保護(hù)和上一級(jí)保護(hù)的整定值偏大是造成此次故障越兩級(jí)跳閘的主要原因，故須對(duì)該樞紐進(jìn)線及電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置的整定值進(jìn)行重新計(jì)算、調(diào)整和試驗(yàn)，避免越級(jí)跳閘現(xiàn)象的再次發(fā)生。

另外，該工程主電動(dòng)機(jī)繼電保護(hù)未設(shè)置低電壓保護(hù)功能。在主機(jī)組突然失電情況下，上、下游兩側(cè)水位差會(huì)引起機(jī)組倒轉(zhuǎn)，可能造成電動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)工藝被破壞，縮短大修周期，影響設(shè)備使用壽命。在整定值重新整定時(shí)，宜增加低電壓保護(hù)，避免故障進(jìn)一步的擴(kuò)大，造成更大的損失。

3.3 運(yùn)行期間加強(qiáng)巡視

可在電動(dòng)機(jī)接線盒表面開(kāi)設(shè)觀察孔，并用紅外玻璃進(jìn)行密封，在電纜接線樁頭張貼示溫片，以便運(yùn)行人員觀察電纜運(yùn)行情況；也可借助紅外測(cè)溫儀器，通過(guò)非接觸式，實(shí)時(shí)透過(guò)紅外玻璃準(zhǔn)確檢測(cè)到電纜終端頭的運(yùn)行溫度，掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)；也可用無(wú)線溫度傳感器緊貼電纜終端頭頸部安裝，通過(guò)無(wú)線接收裝置現(xiàn)場(chǎng)采集各點(diǎn)溫度信號(hào)，通過(guò)通信接口上傳至自動(dòng)化系統(tǒng)，以便實(shí)時(shí)監(jiān)控溫度數(shù)據(jù)，并在超溫時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提醒運(yùn)行管理人員，注意加強(qiáng)巡視，適時(shí)的停機(jī)檢修；也可在制作電纜終端頭時(shí)，事先將局部放電傳感器集成在電纜附件殼體上，采用光纖進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸至自動(dòng)化系統(tǒng)，在中控室就可實(shí)時(shí)觀察到電纜終端在線運(yùn)行情況，及時(shí)研判電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，適時(shí)加密巡視次數(shù)，能有效避免因局部發(fā)熱引起的故障的發(fā)生。

3.4 電動(dòng)機(jī)引出線接線盒的改進(jìn)

分析可知，封閉式接線盒存在著散熱不良等問(wèn)題，可在電動(dòng)機(jī)引出線接線盒側(cè)面開(kāi)設(shè)通風(fēng)口（百葉窗式），加強(qiáng)接線盒內(nèi)通風(fēng)，通風(fēng)口設(shè)計(jì)應(yīng)符合IP 44 防護(hù)等級(jí)；亦可在接線盒側(cè)面再加裝通風(fēng)風(fēng)機(jī)，根據(jù)3.3 描述，通過(guò)溫度傳感器控制通風(fēng)風(fēng)機(jī)，加強(qiáng)盒內(nèi)溫度散發(fā)，防止因高溫引起的引出線絕緣層受熱老化。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于安裝在高壓電動(dòng)機(jī)封閉式接線盒內(nèi)的電動(dòng)機(jī)定子引出線、電動(dòng)機(jī)、電纜及相關(guān)的高壓電氣設(shè)備應(yīng)嚴(yán)格按照《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》要求，定期進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)，通過(guò)分析逐年試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果，可以研判電氣設(shè)備老化的趨勢(shì)，做出相應(yīng)的維護(hù)、檢修保養(yǎng)計(jì)劃。

對(duì)于類似的全封閉接線盒，可通過(guò)對(duì)電動(dòng)機(jī)接線盒的改造，增設(shè)紅外玻璃觀察口，便于采用紅外溫度等手段及時(shí)對(duì)接線盒內(nèi)的引線及電纜終端進(jìn)行巡查，并增加通風(fēng)散熱措施，及時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷，防患于未然。如能增設(shè)無(wú)線測(cè)溫、局放在線監(jiān)測(cè)等設(shè)備，則更加有利于盒內(nèi)故障的提前發(fā)現(xiàn)和及時(shí)處理，避免同類故障的發(fā)生。而通過(guò)對(duì)樞紐進(jìn)線及電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置的定值的重新計(jì)算、整定和試驗(yàn)，能有效避免越級(jí)保護(hù)跳閘現(xiàn)象的再次出現(xiàn)。