一起斷路器失靈保護動作分析及處理

姚志偉，李新煜

（1.山西西龍池抽水蓄能電站有限責任公司，山西 忻州 035503；2.山東泰山抽水蓄能電站有限責任公司，山東 泰安 271000）

一起斷路器失靈保護動作分析及處理

姚志偉1，李新煜2

（1.山西西龍池抽水蓄能電站有限責任公司，山西 忻州 035503；2.山東泰山抽水蓄能電站有限責任公司，山東 泰安 271000）

介紹了某電廠一起斷路器失靈保護動作情況，通過現場檢查和分析，確定了事故發生的原因，為斷路器電氣使用壽命超限，并對此提出了改進措施，對于勵磁系統強勵的設計、斷路器的檢修維護工作有一定的指導意義。

斷路器；失靈；強勵；燒蝕系數；開斷電流

0 概述

某抽水蓄能電廠選用ABB公司生產的HECPS-3型斷路器作為機組開關，該型號斷路器為SF6氣體絕緣、離相封閉、自然冷卻、三相聯動、三極驅動、水平型、戶內型，主要用以減少500 kV側斷路器操作次數，承擔正常運行切換操作、短路故障跳閘以及同期并網等。在某次抽水方向停機過程中，監控系統流程執行到跳開斷路器時，出現“勵磁啟動強勵”、“次同步過電流”保護動作、“斷路器失靈保護動作”，機組停機失敗，斷路器失靈保護動作跳開相應變壓器高壓斷路器。

1 現場檢查

1.1 斷路器位置狀態檢查

（1） 斷路器本體狀態指示器顯示在“分”位，機組開關控制柜中斷路器位置指示燈顯示綠色，兩者位置指示一致。

（2） 斷路器的位置接點分別至SFC（靜止變頻器）系統、勵磁系統、調速器系統的合閘回路不通；分別至故障錄波器、同期裝置、機組現地控制單元、機組保護系統的分閘回路接通，因此位置接點與斷路器本體位置指示一致。

（3） 斷路器電源監視繼電器正常勵磁，報警繼電器、SF6閉鎖繼電器狀態正常，儲能回路正常。

1.2 繼電保護及自動裝置檢查

（1） 機組發變組保護A屏出現“次同步過電流”保護動作，B屏出現“次同步過電流”保護動作、“斷路器失靈保護”動作。

（2） 檢查機組故障錄波器，發電機定子電流突變量啟動，錄取模擬量和開關量均正常。

（3） 檢查勵磁調節器，發現勵磁調節器檢測陽極電壓低，啟動強勵。

1.3 空載開機檢查

對斷路器進行上述檢查未發現異常，為進一步查找故障點，進行發電工況空載開機試驗，機組啟動不成功，95 %定子接地保護動作跳閘。停機后，對發電機進行進一步檢查。檢查機端電壓互感器的9個熔斷器中有2個熔斷器電阻大于200 Ω，電阻值大于熔斷器說明書中的定值，故對這2個熔斷器電阻進行了更換。

1.4 發電機定子及離相封閉母線檢查

（1） 在未斷開發電機出口母線及拉開中性點刀閘前，分別測量定子A，B，C三相繞組對地絕緣電阻均在1 MΩ以下，定子對地絕緣較低。檢查發電機端部并頭套未發現異常。

（2） 將發電機出口母線軟連接斷開，分別測量發電機A，B，C三相定子繞組對地絕緣為2 000 MΩ以上，定子絕緣良好。

（3） 測量離相封閉母線A相絕緣電阻大于2 500 MΩ，B，C相絕緣電阻為1 MΩ。初步判斷B，C相離相封閉母線存在故障。

（4） 拆除斷路器側方蓋板，用萬用表分別對A，B，C三相斷口間電阻進行測量，A相指示為無窮大，B相為47 Ω，C相為80 Ω。這說明A相分開，B相，C相未完全分開。

（5） 打開斷路器B相上方外罩，拆除滅弧室2側引線，使滅弧室與母線分離，再次使用萬用表測量滅弧室斷口電阻，阻值為47 Ω。

1.5 斷路器拆解檢查

（1） 打開斷路器上方蓋板，檢查滅弧室、拖動刀閘、被拖動刀閘、操作桿，未發現異常。

（2） 對斷路器操作機構泄壓，拆除密度繼電器，發現密度繼電器與滅弧室相連部分有大量SF6氣體分解物。

（3） B，C相滅弧室拆解檢查，發現C相滅弧觸頭表面布滿污穢，動觸頭部分觸指有燒傷痕跡，密封夾持器完全熔化，與動觸頭觸指粘連。滅弧室中靜觸頭絕緣子組件表面燒蝕嚴重，靜觸頭導電環脫落，鑄件本體有部分分解產物污穢。支撐絕緣子有清晰裂紋。B相與C相情況大體相同。

（4） A相滅弧室動觸頭組件拆解后，在其中發現了大量粉塵，且滅弧室靜觸頭組件無異常狀況。對組件進行清潔后，抽真空無法保壓，因此判斷密封件損壞。

2 原因分析

通過上述檢查，認為是斷路器B相和C相故障，未完全分開，導致次同步過電流保護、失靈保護以及95 %定子接地保護動作。

由ABB廠家提供的HECPS-3型斷路器，在不同開斷電流時的滅弧觸頭燒蝕系數K的相應取值如下：

（1） 當0≤I＜0．811 kA，K=1；

（2） 當0．811 kA≤I≤150 % Ic時，K=f（I）= 0．001 219×I3+0．031 32×I2+1．241 5×I-0．026 98；

（3） 當150 % Ic＜I時，K=2 500。

式中，I為斷路器分閘開斷電流，Ic為額定電流。

故障發生時，斷路器控制柜中顯示其動作2 434次，機組啟動運行記錄中顯示動作1 957次，其中發電啟停311次，抽水啟停1 646次。斷路器控制柜記錄的動作次數比運行記錄中多477次，該偏差主要是檢修中機組開關保護傳動試驗等原因導致的。抽水啟停平均開斷電流I為5．58 kA，發電啟停平均開斷電流為0．7 kA。對于未統計的動作次數和發電啟停次數按照最小方式（K取1）進行計算，則：

依據廠家規定，ΣK（I）最大運行次數為10 000次，此斷路器已超過廠家規定運行次數4 100次，因此判定此次事故的根本原為斷路器已超出電氣使用壽命。

3 改進措施

3.1 嚴格執行制度、規范

定期對斷路器分閘時間、合閘時間、同期、速度、回路電阻進行測量，建立設備定期試驗數據臺賬，嚴格執行《Q/GDW1150—2013水電站電氣設備預防性試驗規程》試驗標準。故障斷路器經更換滅弧室后的試驗數據如表1所示。

表1 斷路器試驗數據

3.2 完善勵磁程序

當電力系統發生事故導致電壓嚴重降低時， 勵磁系統強行以最快的速度給發電機以最大的勵磁，迫使系統電壓迅速恢復，這種強迫施行勵磁的功能簡稱強勵。

機組強勵有2種情況：一是機組端電壓突然因故下降到某一范圍，機組為恢復正常運行而強行勵磁，這屬正常強勵的情況；二是機組機端電壓在正常調節范圍內運行，機組強行勵磁，致使機端電壓過高，這屬異常強勵過程，即誤強勵。誤強勵有負載誤強勵和空載誤強勵2種：其中，負載誤強勵主要表現為在系統無故障情況下，并列運行的機組突然出現無功功率大大增加致無功功率表打滿，運行人員手動不能控制，同時伴隨機組聲音明顯異常，有時還伴隨機組過流、過壓保護動作；空載誤強勵表現為當發電機開機合滅磁開關后未并入電網前機端電壓急劇上升且手動不能控制，同時伴隨機組聲音異常和轉子過電壓保護動作。

此次抽水方向執行停機過程中發生強勵現象，屬于空載誤強勵的另一種表現形式。當監控系統發出停機命令，執行正常停機時，機組各相關系統的控制模式應該是執行停止的控制流程；而本次事件中卻進行強勵，導致斷路器故障造成更嚴重的后果。為避免類似事件再次發生，在勵磁執行強勵的復位條件中并接機組轉停機的命令，用于機組正常停機命令發出后即復位勵磁強勵，機組根據控制流程進行停機（若發生故障，使保護動作，則由相應動作的保護使機組進行停機）。

4 結束語

對斷路器動態電阻的測量以及統計斷路器接通和切斷電流的大小和次數，是判斷斷路器電氣使用壽命的主要依據。因此，在日常維護工作中，要按照斷路器檢修規程定期進行檢修；嚴格按照預防性試驗規程等技術標準進行相關試驗，將標準、制度剛性執行到位，以避免某些由于管理不到位等原因發生的設備故障等不安全事件。

1 張麗娜，陳永義，梁桂州．關于GIS和SF6斷路器的現場檢測方法［J］．高壓電器，2001，37（3）：47-48．

2 李六零，丁衛東，石月春，等．動態電阻測量法用于評估SF6斷路器滅弧室狀況的探討［J］．高壓電器，2002，38（2）：54-55．

2015-11-13；

2016-04-26。

姚志偉（1984-），男，助理工程師，主要從事靜止變頻器系統和勵磁系統的運行管理工作，email：lucky9626@163．com 。

李新煜（1989-），男，助理工程師，主要從事水電站監控系統及球閥、調速器自動控制系統工作。