華電電力科學(xué)研究院有限公司山東分院 田金波 劉世富 鞏秀中 王志鑫 毛慶波

1 引言

目前發(fā)電企業(yè)高壓雙速電動(dòng)機(jī)應(yīng)用比較普遍（電壓等級(jí)為6kV/10kV），主要應(yīng)用在循環(huán)水泵、凝結(jié)水泵等電廠重要輔機(jī)設(shè)備[1]。為深入開展節(jié)能降耗工作、減少運(yùn)營(yíng)成本，發(fā)電企業(yè)根據(jù)機(jī)組負(fù)荷及季節(jié)性環(huán)境溫度變化，需要頻繁更改電動(dòng)機(jī)接線盒高低速線圈引線位置進(jìn)行高壓電動(dòng)機(jī)高低速切換，進(jìn)而降低電動(dòng)機(jī)負(fù)荷，達(dá)到節(jié)能降成本效果，但長(zhǎng)期頻繁更改高低速線圈引線會(huì)造成絕緣柱螺栓磨損、電源線纜終端頭磨損致使其接觸不牢固發(fā)熱，同時(shí)電動(dòng)機(jī)多次啟動(dòng)后較大的啟動(dòng)電流對(duì)電纜接頭及接線柱產(chǎn)生很大的應(yīng)力沖擊，該切換方式存在較大隱患。

2 事件背景

某發(fā)電廠高壓雙速電動(dòng)機(jī)1B 循環(huán)水泵電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)失敗，保護(hù)動(dòng)作，接地發(fā)現(xiàn)電機(jī)接線盒冒煙。啟動(dòng)失敗直接原因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)接線盒B 相電纜終端頭燒斷如圖1所示，接線柱損壞如圖2所示導(dǎo)致相間短路跳閘。通過故障濾波發(fā)現(xiàn)該循環(huán)水泵過流一段保護(hù)動(dòng)作（即速斷保護(hù)），故障動(dòng)作電流最大值達(dá)到8545.00A。電動(dòng)機(jī)額定電流為191.10/123.40A、保護(hù)定值為1681.00A，故障電流較大。對(duì)照故障錄波時(shí)間，此時(shí)刻1B 段母線電壓A、B、C 三相電壓均整體降低，持續(xù)時(shí)間為65.20ms，A 相2.25kV、B相1.80kV、C 相2.46kV。此時(shí)造成6.00kV 段母線電壓下降，所屬重要輔機(jī)低壓設(shè)備接觸器欠壓脫扣失電，導(dǎo)致機(jī)組非停。隱患排查同類型2B 循環(huán)水泵電動(dòng)機(jī)，連帶電源電纜直阻測(cè)試RUV:565.10mΩ，RVW：544.60mΩ，RUW：555.10mΩ，不平衡率3.8%，不符合電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程要求[2]：“100.00kW 及以上電動(dòng)機(jī)中性點(diǎn)未引出者，其相互差別不應(yīng)超過1%”，接線柱處存在過熱跡象，同樣存在較大隱患。此事故造成6.00kV 循環(huán)水泵電動(dòng)機(jī)電源引線燒毀、電纜損壞、接線盒損壞、機(jī)組非停較大經(jīng)濟(jì)損失。

圖1 電動(dòng)機(jī)電源電纜接頭燒毀情況

圖2 電動(dòng)機(jī)接線柱燒損情況

3 設(shè)備故障原因分析

為滿足節(jié)能降耗工作、減少運(yùn)營(yíng)成本需求，該高壓電動(dòng)機(jī)頻繁進(jìn)行高低速切換。電動(dòng)機(jī)高低速切換功能的實(shí)現(xiàn)主要通過更改電動(dòng)機(jī)接線盒電源電纜引線位置，頻繁倒換會(huì)出現(xiàn)接線柱絲扣損壞、螺帽無(wú)法壓緊、電動(dòng)機(jī)絕緣子接線栓磨損、電源線纜終端頭磨損等隱患發(fā)生，致使電機(jī)電源引線接線柱處接觸不牢固發(fā)熱。

根據(jù) Q=I2Rt、R=ρL/S 電纜電流不變情況下，接觸面積變小，電阻增大，接線柱發(fā)熱越嚴(yán)重。同時(shí)電動(dòng)機(jī)頻繁啟動(dòng)后較大的啟動(dòng)電流對(duì)電纜接頭及接線柱產(chǎn)生很大的應(yīng)力沖擊[3]，以及運(yùn)行中的振動(dòng)、接線柱導(dǎo)流部分的熱脹冷縮等原因加劇螺栓松動(dòng)隱患，接觸面出現(xiàn)間隙進(jìn)而電阻增加發(fā)熱嚴(yán)重，高溫會(huì)引起電纜終端接頭、絕緣支柱絕緣老化、絕緣強(qiáng)度降低，致使引線燒毀，電源引線短路、接地放電、電動(dòng)機(jī)接線柱爆裂事故發(fā)生，重要輔機(jī)設(shè)備故障停運(yùn)會(huì)導(dǎo)致機(jī)組降負(fù)荷或非停事故發(fā)生，后果嚴(yán)重。

4 預(yù)防措施

一是需要制定定期檢查預(yù)防性方案，加強(qiáng)對(duì)接線盒絕緣柱及引線進(jìn)行隱患排查，發(fā)現(xiàn)絕緣柱存在質(zhì)量缺陷進(jìn)行處理更換；對(duì)電纜引線是否過熱、電纜頭是否過熱或損壞進(jìn)行排查，發(fā)現(xiàn)不合格的進(jìn)行處理更換；因運(yùn)行中電動(dòng)機(jī)接線盒為密封狀態(tài)，不易監(jiān)測(cè)電動(dòng)機(jī)電源引線接線柱發(fā)熱的情況，可在接線柱處黏貼測(cè)溫貼，待設(shè)備停運(yùn)打開接線盒觀察測(cè)溫貼顏色變化，確定是否有過熱跡象，出現(xiàn)過熱跡象進(jìn)行檢修處理。

二是頻繁更改拆卸電動(dòng)機(jī)接線盒電源電纜引線位置以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的高低速切換，尤其是電動(dòng)機(jī)頻繁啟動(dòng)過程中的振動(dòng)導(dǎo)致接線柱螺栓松動(dòng)以及多次的緊固檢查，造成引線接線柱絲扣損壞較為頻繁，約2年就會(huì)出現(xiàn)接線柱絲扣損壞，螺帽無(wú)法壓緊連接片的情況出現(xiàn)，這種情況下電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過程中易發(fā)生電氣故障，需要制定接線柱更換周期，如定期工作兩年更換一次。

三是縮短預(yù)防性試驗(yàn)周期，值停機(jī)備用時(shí)在電源開關(guān)處連接電源電纜測(cè)量電動(dòng)機(jī)三相直流電阻，中性點(diǎn)未引出者，其相互差別不應(yīng)超過1%，試驗(yàn)數(shù)據(jù)不合格，需進(jìn)行排查處理；檢測(cè)電動(dòng)機(jī)絕緣電阻，值大修期間需要連帶電源電纜進(jìn)行直流耐壓泄漏電流試驗(yàn)，交流耐壓試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)做好記錄并與歷史數(shù)據(jù)對(duì)比，出現(xiàn)劣化趨勢(shì)及時(shí)處理。

四是電動(dòng)機(jī)接線盒開孔安裝紅外成像窗口，運(yùn)行中可利用紅外成像檢測(cè)接線處溫度，如出現(xiàn)溫度過高，需要進(jìn)行停運(yùn)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行處理。

五是在發(fā)電動(dòng)機(jī)接線盒處安裝局部放電在線監(jiān)測(cè)裝置，監(jiān)測(cè)運(yùn)行中電纜接頭是否出現(xiàn)放電隱患，超過報(bào)警值停運(yùn)檢修。

5 改進(jìn)方案

為了能滿足發(fā)電企業(yè)節(jié)能降耗運(yùn)行方式[4]，徹底解決高壓雙速電動(dòng)機(jī)高低速切換箱電源引線接線柱過熱、放電等設(shè)備隱患。適應(yīng)高低速電動(dòng)機(jī)高低速頻繁倒換，確保電動(dòng)機(jī)安全運(yùn)行，提高設(shè)備的安全、可靠性，徹底消除存在的安全隱患。需對(duì)電動(dòng)機(jī)接線盒進(jìn)行改造，增加高低速電源切換裝置，實(shí)現(xiàn)操作高低速切換裝置代替頻繁打開接線盒更改電動(dòng)機(jī)接線盒電源電纜引線位置，測(cè)地消除設(shè)備隱患。

壓雙速電動(dòng)機(jī)電源切換裝置柜設(shè)計(jì)如圖3所示，主要結(jié)構(gòu)功能如下。

圖3 高壓雙速電動(dòng)機(jī)電源切換裝置柜設(shè)計(jì)

一是依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)電動(dòng)機(jī)參數(shù)及國(guó)家相關(guān)規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)要求，設(shè)計(jì)該裝置額定絕緣電壓、絕緣距離、額定耐受電流以及雷電沖擊耐壓，輔助控制電源額定工作電壓。

二是該裝置框架為垂直地面安裝的自撐式結(jié)構(gòu)，柜體的結(jié)構(gòu)電纜從底部進(jìn)出柜體，框架和外殼有足夠的強(qiáng)度和剛度，能承受所安裝元件及短路所產(chǎn)生的動(dòng)、熱穩(wěn)定；盤柜分為一次接線室和二次接線室，一次接線室具有雙層門結(jié)構(gòu)，所有操作在內(nèi)部柜完成，并且盤柜有防雨、防潮、去潮(設(shè)置加熱器)、防火等措施；裝置滿足戶外安裝要求，盤柜頂部應(yīng)安裝不銹鋼防雨罩，防護(hù)等級(jí)不低于IP65。

三是內(nèi)部設(shè)計(jì)手動(dòng)操作雙向高壓隔離開關(guān)，內(nèi)設(shè)單刀雙頭結(jié)構(gòu)的高壓隔離開關(guān)，此裝置進(jìn)線側(cè)為廠內(nèi)配電室高壓電源電纜，出線一側(cè)連接高壓電動(dòng)機(jī)高速線圈引線，另一側(cè)連接-高壓電動(dòng)機(jī)低速線圈引線。工作原理操作過程為：高壓電機(jī)需要進(jìn)行高低速切換時(shí)，不需要更改電源電纜引線位置，改接高低速接線柱，只需要操作雙向高壓隔離開關(guān)，改變高低速主電源所連接的高低速電機(jī)線圈，實(shí)現(xiàn)高壓電動(dòng)機(jī)高低速切換。

四是設(shè)計(jì)狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置，監(jiān)測(cè)顯示高壓帶電情況，通過監(jiān)測(cè)電流來判斷高壓電動(dòng)機(jī)高低速狀態(tài)，監(jiān)測(cè)顯示高壓帶電情況在監(jiān)測(cè)顯示器能直觀顯示高壓電動(dòng)機(jī)高低速狀態(tài)；同時(shí)根據(jù)電流判斷電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)是否良好，并具有通信接口通道RS485上傳就地運(yùn)行狀況功能。

五是該裝置同時(shí)具備溫濕度控制器功能，通過溫濕度傳感器監(jiān)測(cè)工作環(huán)境溫濕度，啟動(dòng)加熱器和軸流風(fēng)扇，有效提高室外高壓柜的安全可靠性；該裝置外置工作電源可選用AC/DC220V、110V 電源連接方便，外置低壓電源安全可靠。

六是設(shè)計(jì)紅外測(cè)溫透視窗使操作人員在正常工作時(shí)看清隔離刀的合分狀態(tài)，并可利用紅外測(cè)溫儀紅外成像檢測(cè)柜體內(nèi)開關(guān)裝置運(yùn)行中溫度，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)電源接線溫度異常趨勢(shì)；設(shè)計(jì)在線局部放電監(jiān)測(cè)裝置：利用在線局放監(jiān)測(cè)裝置可在線監(jiān)測(cè)隔離刀的合分過程中的電弧放電情況及日常運(yùn)行中柜內(nèi)放電情況，觀察在線局部放電監(jiān)測(cè)裝置可及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患。

七是帶有閉鎖防止誤操作功能:手動(dòng)控制柜采用專用單刀雙頭結(jié)構(gòu)的高低速雙向切換開關(guān)，帶有機(jī)械閉鎖防止誤操作，滿足五防要求；手動(dòng)控制柜在門上均設(shè)有電磁鎖，帶電時(shí)禁止開門和手柄操作，在高壓斷電后，電磁鎖才可以打開允許操作。

6 改造后效果

該高壓雙速電動(dòng)機(jī)電源切換裝置可以解決高壓雙速電動(dòng)機(jī)高低速切換箱電源電纜引線、接線柱過熱以及放電等設(shè)備隱患，適應(yīng)高低速電動(dòng)機(jī)頻繁倒換啟停。并具備顯示高壓帶電情況，顯示高速、低速工作狀態(tài)，監(jiān)測(cè)加熱器工作狀態(tài)，柜體在線局放監(jiān)測(cè)，紅外測(cè)溫透視窗觀察電纜接線發(fā)熱程度，安全穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)。

7 結(jié)語(yǔ)

新型電源切換裝置，適應(yīng)高低速電動(dòng)機(jī)頻繁倒換啟停，確保電動(dòng)機(jī)安全運(yùn)行。高壓雙速電動(dòng)機(jī)電源切換裝置功能效果具備：操作簡(jiǎn)單、快捷、穩(wěn)定、安全、可靠、在線監(jiān)測(cè)等優(yōu)點(diǎn)。該新型電源切換裝置設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)操作該電源切換裝置代替打開接線盒更改電動(dòng)機(jī)接線盒電源電纜引線位置，達(dá)到節(jié)能降耗效果的同時(shí)，降低了設(shè)備隱患?？捎行П苊飧邏弘p速電動(dòng)機(jī)電纜出現(xiàn)短路、接地，電動(dòng)機(jī)接線柱爆裂、引線燒毀等故障隱患，避免機(jī)組降負(fù)荷、非停事故發(fā)生，價(jià)值效益較高。