张河湾电站1号励磁变过流保护动作原因分析与处理
2017-01-17金清山祁亚静
金清山，祁亚静，任 刚，吴 妍，于 潇
（河北张河湾蓄能发电有限责任公司，河北 石家庄 050300）
张河湾电站1号励磁变过流保护动作原因分析与处理
金清山，祁亚静，任 刚，吴 妍，于 潇
（河北张河湾蓄能发电有限责任公司，河北 石家庄 050300）
介绍了由于1号励磁变低压侧母线短路,导致张河湾电厂1号励磁变过流保护动作，5002开关跳闸事故。通过对励磁变低压侧电缆的整治，解决了其他机组可能励磁变过流保护动作的隐患，保证了机组的安全稳定运行。本文分析故障原因，论述了处理方案及处理措施，以提高电站保护装置动作可靠性。
抽水蓄能；励磁变；跳闸；过流保护
0 前言
河北张河湾蓄能发电有限责任公司位于河北省石家庄市井陉县境内，距石家庄市直线距离为53 km，公路里程为77 km。张河湾电站设计安装4台250 MW单级混流可逆式水泵水轮发电机组，总装机容量1 000 MW，以一回500 kV线路接入河北南部电网，主要承担系统调峰、填谷、调频、调相等任务，并且在电网故障甚至瓦解时，可以充当电网最佳的紧急事故备用和“黑启动”电源。
张河湾电站1号励磁变接于1号主变低压侧，1号励磁变为三相干式变压器。1号励磁变共设置了差动保护、过流保护、过负荷保护、绕组温度高保护。励磁变过流保护用电流互感器取自励磁变高压侧，保护定值共设置两段，在1、2号机组发电运行时，1号励磁变过流保护动作，导致1、2号机组电气跳机，500 kV断路器跳闸。
1 故障发生经过
河北张河湾蓄能发电有限责任公司（简称“张河湾抽水蓄能电站”）事故发生前，张廉线5002开关运行，5003开关热备用，1号机组发电运行出力250MW，2号机组发电运行出力150 MW，3、4号机组检修，1、2号主变运行，3、4号主变检修；厂用电10 kV I段由1001供电，I段带II段运行，III段由1002开关供电独立运行。
2016年04月15日09:24，1号励磁变过流保护动作，5002开关跳开，1、2号机组电气跳机。事故过程中保护正确动作，厂用电系统备自投正常动作。
因1号、2号主变共用一台500 kVⅠ母5002开关，导致2号主变、2号机组陪停。现场人员到达10kV室检查厂用电，备自投正确动作，厂用电系统运行正常，厂用电由1005开关供电，10 kV II母带III母运行。
2016年04月15日09:39运维负责人汇报省调、网调，初步判断引起跳闸原因为：“1号机励磁变过流保护动作”，调度要求按现场规程处理，注意安全。事件发生时，现场3、4号机组正在开展检修工作。事件发生后，现场检修人员全部撤离到安装间集合，事故未对人员安全产生影响。
2 事故情况检查
2.1 一次设备检查情况
现场初步检查，1号机组励磁变低压侧励磁密集型母线出现短路（故障点在1号母线洞进人门右上方），故障点的母线槽已烧损，如图1，在电站主接线图上的故障位置如图2。
2.2 保护动作情况
经现场检查，1号励磁变过流保护动作，跳开500 kVⅠ母5002开关，同时跳开1号、2号机组，经过保护人员读取故障录波后分析，故障初期，1号机组励磁交流母线电源C相电流异常增大，导致损坏绝缘，最终使励磁母线三相短路（图3）。1号励磁变过流保护动作时励磁变高压侧三相电流（一次值）分别为：1.01 kA，1.09 kA，1.05 kA，1号励磁变过流保护设定值为190A，延时1s出口动作，保护正确动作。
图1
图2
图3 录波图
3 原因分析
（1）直接原因：1号机组励磁密集型母线连接装置C相首先过流发热，引起三相短路，1号机励磁变过流保护动作，5002开关跳闸，2号机组陪停。
（2）根本原因：励磁密集型母线分段连接时采用螺栓连接，防松动措施不完善，经长时间运行，在周围环境如振动、电磁力等因素的影响下使连接螺栓松动、母线排接头压紧力不足，导致母线排接头过流短路烧毁。
4 事故处理
（1）保护动作后，电站对此次过流的一次设备进行了详细检查，此次过流设备包括励磁变、励磁母线、励磁交流进线柜，其中，励磁变、励磁母线外观检查无异常。励磁交流进线柜处励磁母线槽三相分接头处有放电痕迹，表面绝缘层有破损现象，判断此处为故障点。
一次过流设备试验情况：
1）励磁变
绝缘电阻测试见表1。
表1 单位：GΩ
结论：励磁变绝缘情况良好。
直阻测试见表2
表2 单位：mΩ
结论：励磁变直阻良好。
对励磁变进行交流耐压试验，试验电压为38kV，加压1 min，试验结果：A/B/C三相合格。
表3 单位：GΩ
结论：励磁母线绝缘良好。
3）励磁盘柜交流母排
经检测，交流母排绝缘电阻为5.2 MΩ，绝缘良好。
励磁系统小电流试验见表4。
表4 单位：V
励磁系统小电流试验数据（跳闸前）见表5。
表5 单位：V
与跳闸前小电流试验数据相比，基本一致，由此判断励磁系统功能正常。
4）励磁交流开关（ECB）
绝缘试验（试验电压1 000 V）见表6。
yi=β0+β1ix1+β2ix2+β3ix3+α1iz1+α2iz2+α3iz3+α4iz4+α5iz5+α6iz6+α7iz7+εi
表6 单位：TΩ
结论：绝缘良好。
导电回路电阻测试见表7。
表7 单位：mΩ
结论：导电回路电阻合格。
通过以上试验，可以得出，一次过流设备各项试验数据满足规程要求，具备投运条件。
（2）在励磁密集型母线生产厂家的指导下，更换励磁母线槽分接头处母排，对励磁母线槽三相分接头处各相重新缠绕绝缘云母带，并测试绝缘，绝缘良好。同时扩大交流进线柜底部进线开孔，确保励磁母线槽与隔板间安全距离。
更换新母线连接单元前后对比见图4。
图4
将1号机组励磁密集型母线故障点拆除后，在断口处向两侧做摇绝缘试验，数据合格（表8）。更换新母线排，对励磁母线整体做摇绝缘试验，数据合格（表9）。
表8 分段绝缘 单位：GΩ
表9 整体绝缘 单位：GΩ
（3）对1号、2号机组发电机进行隔离，对挡风板、阻尼绕组、励磁引线、磁极引线等部位的螺丝和锁片以及转动部件焊缝做详细检查，无异常；对机组水车室机械部件、油压管路进行检查、紧固，无异常。
（4）1号机励磁变过流保护动作，不影响2号主变恢复运行，但2号机组甩负荷150 MW，机组过速至130.3%额定转速，故需对发电机、水轮机等转动部件进行仔细检查，确保转动部件等未松动。
（5）系统恢复
2016年04月16日02∶45，运维负责人向网调申请“1号励磁变低压侧母线故障导致励磁变过流保护动作消缺”工作票结票，1号励磁变过流保护动作缺陷处理完成。
5 整改措施
（1）按照厂家要求立即将4台机组励磁密集型母线的各分段进行外观检查，并对连接螺栓进行检查，目前已完成，各螺栓未松动；
（2）将机组励磁密集型母线的连接螺栓按照厂家提供的维保要求每半年检查一次，列为定期工作，结合机组日常检修进行；
（3）将机组励磁密集型母线的绝缘试验列为定期工作，结合机组日常检修进行，周期为一年一次。
（4）将机组励磁密集型母线的红外测温工作列入月度定期工作，对连接盒进行监测。
6 结论
1号励磁变过流保护动作，导致两台机组电气跳机及500 kV断路器跳闸，对我厂电气设备造成了损伤的同时，也对电力系统稳定运行带来一定程度的负面影响。张河湾电厂将结合本次事故，严格落实整改措施，保障机组正常运行。
[1]秦汉军，孙君光，熊 巍.大型抽水蓄能电站励磁装置国产化研制和应用[J].水电站机电技术，2007（2）：13-16.
[2]黄 晖，陆继明.抽水蓄能机组微机励磁控制器的研制[J].大电机技术，2004（5）：65-67.
[3]刘 云.水轮发电机故障处理与检修[M].北京：中国水利水电出版社，2007.
[4]胡 汉，石景涛，段依纯.发电厂电缆分类和管理[M].北京：中国电力出版社，2009.
TV743
B
1672-5387（2016）12-0041-03
10.13599/j.cnki.11-5130.2016.12.015
2016-10-20
金清山（1990-），男，助理工程师，从事抽水蓄能电站运行维护工作。
