一起電加熱器引起的故障分析及處理

萬洪文 林漢東

（方大特鋼科技股份有限公司制氧廠，南昌 330012）

1 故障現象

2010年2月15日5:39，方大特鋼10000N·m3/h制氧機組1#分子篩電加熱器加溫 120min時，突然出現1#電加熱器停止加熱、工藝氬泵停機故障，經檢查，1#配電變壓器失電、停止工作，其高壓側微機綜合保護裝置動作、跳閘。實際上，制氧機組配套氮透A/B油泵、氧透A/B油泵、UPS供電電源均進行了自動切換，氧透油站、空壓機油站的排煙機亦停止了工作，只是由于供電系統雖為雙電源供電、控制電路不具備備自投功能，但生產設備在DCS上卻具備自動切投功能，這些回路的失電未對整個制氧機運行造成大的影響。

10000N·m3/h制氧機配置了兩臺 S9-1600/6型（1600kVA 6kV/0.4kV）配電變壓器，為制氧機組各回路（含照明系統）提供低壓電，圖1為10000N·m3/h制氧機1#配電變壓器供電框圖，2#配電變壓器供電與 1#配電變壓器類似（2#6kV電源來自動力 114K路），整套機組的高、低壓電源均設有母聯柜，母聯柜正常運行時是斷開的、分列運行；異常、檢修時，高壓或低壓電源可以在線并倒，任何一路高壓或低壓電源都可以承擔全部的運行負荷。

圖1中，QF1為1#配電變壓器高壓側斷路器，該斷路器配微機綜保裝置；QF2為1#配電變壓器低壓側斷路器，QF3為1#電加熱器低壓斷路器，QF2、QF3均為ABB低壓斷路器。從框圖中可以看到，每一回路都配置了斷路器，1#電加熱器發生短路故障時越過2級低壓斷路器、引起1#配電變壓器高壓側斷路器跳閘，這是很不正常的。由于越級跳閘，1#配電變壓器的高、低側同時經歷了大短路電流的沖擊，影響到1#配電變壓器的安全，本例中，1#配電變壓器低壓側的直流電阻就由于這次沖擊后檢測到直阻已超標（5個月前已周檢過合格），1#配電變壓器被迫抽芯檢修。為了避免這一現象的再次出現，組織相關了技術人員對其進行了認真分析、整改。

圖11 #變壓器供電框圖

2 故障分析

（1）QF1高壓斷路器狀態分析

QF1配微機綜合保護裝置為長沙華能 DMP-310B2型，過流整定值為 6.7A/5s，速斷整定值為30A/0s，電流互感器的變比為150/5。調出跳閘時綜保上的記錄，顯示為速斷跳閘，速斷電流值為32A，微機綜合保護裝置動作是正確的。此時，變壓器高壓側相當承受了32×150/5=960A的短路電流、低壓側相當承受了960×2309/154≈14394A短路電流（1#配電變壓器的額定電流為154A/2309A）。

（2）QF2、QF3低壓斷路器狀態分析

QF2為ABB-F2B-2500A/690V低壓斷路器，QF3為ABB-F1S-1600A/690V低壓斷路器，兩個斷路器均采用了SACE AR1模擬固態可調電流脫扣器，該脫扣器由電流互感器供電，其主要功能有：

1）操作時不需要輔助外部電源。

2）中性線保護自動設定到相線上電流值的50%。

3）保護功能可組成兩個方式，即：反時限長延時的過載保護方式（LS）、反時限短延時保護方式（LI），表1為SACE AR1模擬固態可調電流脫扣器保護功能與設定值表。

4）可單一及同時調節三根相線和在中線上的定值。

5）有很寬的脫開電流和時間設定值。

6）脫扣特性不受環境影響。

表1 SACE AR1模擬固態可調電流脫扣器保護功能與設定值表

查看QF2、QF3的電流脫扣保護功能與設定值情況，兩者均為出廠設定值，即LI：I=1×In，t1=INT；LS：I=10×In、t2=0.3s。QF3→QF2→QF1綜保，相當構成了一套低壓電網的保護系統，表 2為 QF3→QF2→QF1綜保-電流保護參數設定表。

表2 QF3→QF2→QF1綜保-電流保護參數設定表

從表2中可能看到，QF2、QF3的反時限短延時電流均大于 QF1的速斷電流，違背了QF1電流＞QF2電流＞QF3電流上下級匹配的原則，本次越級跳閘是必然的，QF1、QF2、QF3三級斷路器保護參數值整定是不匹配的。

（3）電加熱器系統分析

10000 N·m3/h制氧機組共配置了 2臺電加熱器用于分子篩的再生活化（一開一備），由 TG-3-320晶閘管交流調功柜控制，電加熱裝置由固定組及調功組組成，其中固定組由DCS程序控制；調功組在固定組工作后自動投用，根據電加熱器出口溫度自動控制。表3為電加熱器工藝參數表。

表3 電加熱器工藝參數表

從表3可以看到電熱管分成了3組。電熱管的供電為三相四線進加熱器，220VAC給電加熱管供電。電加熱器是制氧裝置中功率最大的低壓用電設備，本次越級跳閘就是由于加熱管運行中短路造成。拆開電加熱器檢查，發現固定組有7支加熱管的引線炸斷（單支電加熱管的功率為8kW，單支的短路電流不至于太大）。查看電加熱管的接線，發現較為混亂，在空間不大的地方，上百根引線交叉，部分引線的瓷套管脫落、不全、污垢較多，這樣，一旦單根加熱器引線短路，很可能引起電加熱器裝置供電系統的相—中、相—相、相—地短路，造成更大的短路故障。

3 處理措施

（1）整定QF3參數

QF1微機綜合保護裝置的定值是主機廠設計提供的，因此將綜保的參數作為基準。由于電加熱器是主要的低壓用電設備，QF2參數暫不調整，僅對QF3參數進行調整。電加熱管為電阻性負載，電流與電壓相同，無沖擊電流。電加熱器固定組、調功組滿負荷工作的電流為940A，因此將QF3參數調整為：LI：I=0.6×In，t1=INT；LS：I=4×In、t2=0.15s，即反時限長延時電流設定為960A，反時限短延時電流設定為6400A。

（2）整理電加熱器的接線

三相四線電進入空間不大的電加熱器，電加熱管的數量達78支，引線156根，有序、安全是整理的基礎。為此，一是將電加熱管的中線走加熱管的下端，相線走加熱管的上端，不會出現相-相短路，也不會出現由于引線造成的相-中短路，同時，由于中線在下部，離電加熱器的外殼近，即使與外殼短路亦不會造成事故；二是將清潔引線的瓷保護套管，補充引線的瓷保護套管，使瓷保護套管在引線上均勻排布，增大空氣絕緣保護；三是引入一股干燥的氮氣，吹掃電加熱器上部引線，保持加熱器上部相對干燥避免氧化。

4 結論

天氣潮溫，電加熱管引線混亂，單根電加熱管的引線短路引起的弧光，造成多根電加熱管引線同時短路，繼而引起較大電流，至使后面保護裝置動作；又由于各級保護參數設置不合理、不匹配，造成越級跳閘。通過本次事故，反映工程調試人員對綜合保護裝置的整定是比較重視的，但對斷路器的參數設置未引起關注，也反映維護人員工作存在缺陷。細小的不足，可能引起大的事故，為此特介紹本次事故，希望能給同行以借鑒。