一起6 kV开关动触头过热引发的设备故障分析

2017-07-31宣学娟

电力安全技术 2017年6期

关键词：厂用录波零序

宣学娟

(宁夏大唐国际大坝发电有限责任公司，宁夏青铜峡 751607)

一起6 kV开关动触头过热引发的设备故障分析

宣学娟

(宁夏大唐国际大坝发电有限责任公司，宁夏青铜峡 751607)

发电厂厂用电源的可靠性至关重要，厂用电失去将严重威胁机组的安全运行，并可能引发严重设备损坏。分析了一起因6 kV开关动触头过热引发的厂用电失去异常事件，结合现场故障实情，分析了保护动作及故障录波，找出了故障隐患，并提出了改进建议。

厂用电；6 kV开关；动触头；过热

1 设备概述

某公司2×600 MW火力发电机组，其高压厂用电压等级为6 kV，通过高厂变A，B分支接带6 kV母线作为机组正常运行的工作电源，高备变作为厂用6 kV母线备用电源，其系统接线如图1所示。厂用母线6 kV进线开关为真空开关，额定电流为4 000 A，额定电压为7.2 kV。

2 异常事件前机组运行方式

5号机组负荷600 MW，厂用6 kV 5A，5B段母线由工作进线电源带，机组5A段负荷电流为2 147 A，5B段电流为1 783 A，机组稳定运行。

图1 系统接线示意

3 异常事件经过

2015-10-20T12:23:07，5号机组跳闸，光字牌亮声光报警并发“发变组保护动作、汽机跳闸、MFT”，工作电源进线开关6 kV 5A段615A开关、5B段615B开关跳闸，备用电源进线开关6 kV 5A段605A开关、5B段605B开关跳闸，高备变高压侧开关跳闸，机组厂用电失去，柴油机联启保安电源正常，故通过柴油机实现了安全停机。

6 kV厂用配电室火灾报警触发，现场检查发现5号机6 kV配电室内有浓烟冒出，5号机6 kV 5A段工作进线615A开关(50BBA01)柜上部存在明火，相邻间隔6 kV 5A段母线PT 695A开关(50BBA02)二次元件柜内部元件烧毁，立即组织灭火。待明火扑灭后，打开柜体前后柜门检查，发现开关柜进线母排完好，6 kV 5A段工作进线615A开关及二次元件柜烧毁，5号高厂变低压侧A分支共箱母线盖板、共箱母线外观完好，如图2所示。

现场将5A段工作进线615A开关拉出，发现其处于分闸状态，真空泡全部损坏，绝缘部分均已碳化，6只静触头基本完好，母排连接正常；小车开关A相上端动触头触指片严重烧损，如图3所示。小车开关B，C相基本完好。

图3 开关动触头烧损情况

4 保护动作分析

5号机发变组保护及A屏、B屏保护出口动作灯亮，保护装置中有“A分支零序过流I，II段”保护动作报文。220 kV高备变保护A屏、B屏保护出口动作灯亮，保护装置中有“分支零序过流I，II段”保护动作报文。5号机6 kV厂用A，B分支快切装置有“厂用电切换”动作信息，A段快切装置面板上的工作、备用开关位置指示均在合闸状态，快切装置报警显示“开关全合、后备无压”，5号机发变组故障录波器启动录波，录波文件有“高厂变低压侧A分支电压突变量启动、A分支零序电流启动、A(B)柜A分支零序电流保护0→1”等故障录波信息。

5 故障录波分析

从故障录波1(见图4)高厂变低压侧A分支电压Ua曲线可以看出：12:23:00，高厂变6 kV A分支A相发生1次持续时间为149 ms的短时A相接地故障，随后接地点消失，故障自行恢复。判断此次故障时间太短，发变组A，B套保护装置均未及时判断，保护装置均未启动(A，B分支零序电流定值0.25 A，动作时间分别为0.9 s和1.5 s)。

图4 故障录波1

从高厂变低压侧A分支电压Ua曲线可以看出：12:23:08，高厂变A分支A相发生接地故障，A分支低压侧非故障B，C相相电压被抬高，相电压最大值约为正常值的1.732倍。经测算，故障持续时长为901 ms，接地故障零序电流为0.6—0.8 A，达到发变组A，B套A分支I段零序电流保护动作定值。12:23:09，A套保护“A分支零序电流I段”动作；12:23:12，B套保护“A分支零序电流I段”动作。双套保护“A分支零序电流I段”动作均出口于“跳分支开关并启动快切”，可以看出厂用A分支在保护动作后已完成电源切换(解体开关检查后，证实615 A开关烧损前在分闸状态)，高厂变低压侧A分支三相电压恢复正常。从高备变低压侧A分支电压Ua曲线能够看出：高备变A分支明显被切至故障点，导致高备变A分支A相接地。

故障录波表明厂用A分支工作/备用电源完成切换后，高厂变A分支三相电压幅值、相位已正常，而切至故障点的高备变A分支A相电压一直处于接地的故障状态。此异常状态经过402 ms后，高备变A分支三相电压消失。通过导入高备变B分支电压录波信息查看，发现B分支电压也同时消失。结合录波信息，可得到如下结论：12:23:12，高备变保护“分支零序II段保护”动作，高备变高压侧8209开关被切除。与高备变A，B套保护实际动作记录吻合。故障发展至此，高厂变A分支与高备变A分支都已被切除，故障接地点应已被完全隔离。

12:23:16，高厂变A分支A相又发生接地故障。经分析故障录波，发现故障点在615A开关上口，燃烧过程中有导电物质不断掉落到下部，导致高厂变A分支A相处复发接地故障，这与解体615A开关检查结果吻合。

根据故障录波可知:12:23:20，发变组A，B套保护(此处只引入A套)在经过900 ms后“A分支零序电流I段”保护动作。约3 465 ms后,“A分支零序电流II段”保护动作，出口于机组“全停”，与发变组A套12:23:24、B套12:23:26保护动作记录内容吻合。

6 故障分析结论

从故障录波图看，故障发生在5号机6 kV厂用工作进线615A开关母线侧，故障电流达到发变组A，B套A分支I段零序电流保护定值，双套保护“A分支零序电流I段”动作均出口于“跳分支开关并启动快切”，备用电源完成切换;此时高备变备用分支被切至故障点，导致高备变备用A分支A相接地，使高备变分支零序II段保护动作，最终切除高备变高压侧8209开关，厂用6 kV 5A，5B段母线失电。

从开关烧损情况看，开关静触头基本完好，可排除因为动、静触头接触不良引发的过热故障；梅花触头与开关本体导电臂装配结合处烧损严重，部分触指已经熔焊到导电臂的装配槽上，大部分触指及弹簧熔化后脱落，说明发热部位是梅花触头与导电臂的装配结合处。此种开关存在设计或产品质量问题，随着运行时间的增长，由弹簧紧力下降、过热等原因造成“接触面氧化—接触电阻增大—接触面氧化加剧—接触电阻增大加剧……”的恶性循环，最终导致开关因过热而导致烧损。

7 暴露问题

(1) 电气设备隐患排查治理不彻底，绝缘监督工作不到位。在机组停运期间，未安排人员对6 kV进线开关开展清扫检查及预试工作，未能及时发现设备潜在隐患。

(2) 设备检修工艺标准不全面，未对开关柜动静触头的啮合度和压力提出要求。开关检修标准缺失也是本次事故发生的主要原因。

(3) 对一次设备的运行情况缺乏有效的常态监测手段，以致未能及时发现设备运行中的超温、过热等隐患。

8 防范措施

(1) 根据GB/T 14285—2006《继电保护和安全自动装置技术规程》中5.3.3.4“厂用母线速动保护动作、工作分支保护动作或工作电源由于手动或分散控制系统(DCS)跳闸时，应闭锁备用电源自动投入”的规定，建议厂用分支零序电流I段保护出口跳分支开关，闭锁厂用快切；分支零序电流II段保护出口全停，闭锁厂用快切。

(2) 将6 kV厂用工作进线开关、备用电源进线开关更换为质量较可靠的成熟产品。

(3) 在停备、检修等停机期间，对开关进行检修，通过检查外观判断触头有无过热迹象，清理梅花触头与开关导电臂装配结合处接触面，必要时进行打磨及更换触头外围、拉紧弹簧或整体更换梅花触头，确保梅花触头与开关导电臂装配结合处接触良好；测量开关导电回路电阻，确保电阻在合格范围内；在6 kV工作进线开关柜及备用进线开关柜内加装红外在线测温装置，以便发现隐患可以及时处理。

(4) 检修工作必须贯彻标准化工作要求，明确工作内容及各项检修标准，规范人员作业行为和工艺要求。

(5) 安装6 kV开关柜温度在线监测装置，以便于运行人员在线监测，防止此类问题再次发生。