发电机ZN40A－A0Z真空断路器主回路电阻超标故障分析及处理

赵建军 郑贞芬

（浙江省江山市碗窑水库管理局碗窑二级（须江）电站，浙江 衢州324100）

0 引言

对于容量较小的农村小型水电站，发电机通常采用6.3kV电压等级，经6.3/10.5kV或6.3/35kV的升压变压器将电能输送到农网中，向更高电压等级电网系统或终端负荷供电。主回路电阻是评估开关柜中6.3kV断路器运行工况性能的重要特性参数，根据GB3906—1991《3～35kV交流金属封闭开关设备》、DL/T596—2005《电力设备预防性试验规程》等相关规范要求，需要在出厂、交接、初次投运、运营等过程进行预防性试验，评估断路器开关是否具有良好的运行工况性能，以确保水电站6.3kV发电系统运行具有较高的安全可靠性和节能经济性。

1 ZN40A－A0Z真空断路器运行现状分析

1.1 工程概况

某农村小水电站装机容量为5 000 k W，采用2台型号为SF－J2500－18/2600、2 500 k W、6.3kV、286 A、cosφ＝0.8的立式水轮发电机组，主接线为单母线扩大单元接线方式，经1台S9－6300/35、6.3/35kV的升压变压器与当地35kV农网连接。

1.2 断路器类型选择

为了确保发电机安全稳定运行，需要在发电机出口侧装设断路器以完成同期并网、短路保护等功能。根据GB1984—2003《高压交流断路器》中的相关规定：小容量的发电站（装机容量在30 MVA以下），从技术、经济等角度进行综合分析，选用配电型真空断路器完全可以完成发电机出口保护功能。结合水电站的实际情况，该发电机组出口侧选用ZN40A－A0Z、1 250 A、25 k A的户内高压交流真空断路器，满足发电机在正常或事故工况下的各种操作和保护要求。ZN40 A－A0Z装设在KYN29－12型室内高压开关柜中，柜内搭配LZZBJ9－12Q、400/5 A型互感器等发电电压设备。

1.3 运行现状

在发电机、开关柜、变压器等设备安装调试完毕后，水电站于2000年5月15日并网投运，真空断路器各种监测指标显示正常，运行良好。发电机满负荷运行电流为286 A，断路器额定电流为1 250 A，断路器选型合理。投运后进行开关设备预防性试验时，发现断路器主回路电阻不断增加，存在异常；而且在最近一次预防性试验中，检测到发电机处于满负荷运行工况时，1#发电机柜和2#发电机出口断路器主回路电阻指标均超过相关规范和厂家要求的100μΩ。采用红外热成像仪进行测试，发现1#开关柜表面温度达到65℃，运行维护人员无法直接接触到柜体表面，估计断路器内部触头部位温度已超过GB763—90《交流高压电器在长期工作时的发热》中的最大允许运行温度值（90℃），且在发电机带负荷发电过程中，柜内还存在异常的振动噪音。在出厂和交接环节中，发电机断路器开关柜性能良好，初步认为该断路器主回路电阻超标异常属于隐蔽性故障，且在后期发电运行过程中不断恶化。为确保发电任务顺利完成，急需在枯水期找出断路器异常原因。

2 ZN40A－A0Z真空断路器主回路电阻超标原因分析

2.1 预防性检测数据

电站检修维护人员选择处于枯水期的1月15日对此2台发电机断路器柜进行全面检修维护。在进行发电机停运预防性试验时，发现1#发电机断路器柜和2#发电机断路器柜的主回路电阻存在严重超标问题，且1#柜面温度较高，具体实测数据如表1所示。

表1 6.3 kV发电机断路器主回路电阻及柜面温度检测值

由表1可知，1#发电机断路器柜三相电阻超标较为严重，分别为4 256μΩ（A相）、3 687μΩ（B相）、3 168μΩ（C相），超标最为严重的A相超标值达到42倍（以厂家的100μΩ为标准）以上。结合柜面温度数据，推测1#发电机断路器柜柜内触头温升超过GB763—90允许的最大温度（90℃）要求。6.3kV发电机出口断路器开关柜中的ZN40A－A0Z断路器主回路电阻严重超标，直接危害到断路器乃至发电机组的安全稳定运行，影响到水电站整个发电及升压变电系统的安全可靠、节能经济运行。

2.2 原因分析

为了找出ZN40A－A0Z真空断路器主回路电阻超标的原因，1月15日下午在一切检修程序满足要求后，决定进行停电检查以了解开关柜内部的异常情况。抽出1#断路器检查发现，铜排外侧的热缩绝缘套部分已经脱落，同时铜排上有明显过热灼烧痕迹。若以发电机满负荷运行工况电流286 A、导电回路电阻0.004 2Ω进行计算，则发热功率为：

相当于一个小型电热炉长期烘烤设备。在进一步深入检查后，断路器动触头与触指弹簧间存在大量干涸的导电膏。初步判断干涸的绝缘导电膏引起1#断路器开关触头不断发热，并伴随开关触头表面接触不良引起开关柜接触电阻增加，导致开关柜主回路电阻增加和温升效应加剧。检查2#发电机出口断路器发现同样存在1#断路器的问题。

在检查1#和2#断路器柜不存在其他问题后，结合动触头表面已存在灼伤且残留大量导电膏等现象，通知厂家到场进行后期维护处理。

3 ZN40A－A0Z真空断路器主回路电阻超标的处理

KYN29－12开关柜和ZN40A－A0Z断路器厂家代表到达现场后，由于现场没有进一步深入解体或进行深度检测的工具，决定将ZN40A－A0Z真空断路器从柜体中解除，返厂进行深入检测。经厂家传真反馈确定是开关内部机构存在问题，在操作过程中导致导电膏溢出。确定故障原因后，决定采用同型号新批次断路器进行全面更换处理。待更换设备各项出厂试验指标满足要求后，重新托运到水电站现场。现场安装调试并通过各项交接试验后，将1#和2#发电机ZN40A－A0Z断路器重新复位并网运行，在发电机带满负荷运行一段时间后重新对断路器主回路电阻进行停电检测，结果如表2所示。

表2 故障处理后断路器主回路电阻测量值

由表2可知，6.3kV侧发电机断路器柜中的ZN40A－A0Z真空断路器在经同型号设备更换处理后，其主回路电阻测量值均有效降低到60μΩ左右，满足相关规范和厂家指导指标，断路器主回路电阻超标故障得到有效解决。

4 结语

KYN29－12开关柜在使用过程中，其动触头、静触头、操作结构等，各接点位置均存在接触不良的可能性。因此，在设备选材、出厂、交接、安装、调试以及运行等环节中，均需要利用主回路电阻值来合理判断断路器开关设备的工况性能。只有结合主回路电阻测量值和红外温度等数据，科学地分析和处理，才能确保断路器等开关设备具有良好的性能水平，确保整个水电站安全可靠、节能经济、高效稳定地运行。

［1］杨宇峰，赵芝清，徐辉煌.回路电阻测量对控制开关柜回路缺陷作用的分析［J］.电工电气，2013（5）

［2］韩建伟.隔离开关回路电阻超标原因分析［J］.农村电工，2009（8）