一起凝結水泵變頻器跳閘事故分析

刁　敏馬國斌兀鵬越

（1. 皖能馬鞍山電廠，安徽 馬鞍山　243021；2. 華能陜西發電有限公司，西安　710032；3. 西安熱工研究院有限公司，西安　710032）

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一起凝結水泵變頻器跳閘事故分析

刁敏1馬國斌2兀鵬越3

（1. 皖能馬鞍山電廠，安徽 馬鞍山243021；2. 華能陜西發電有限公司，西安710032；3. 西安熱工研究院有限公司，西安710032）

論述了一起某機組凝結水泵變頻器出口斷路器運行中擊穿事故的發生及分析處理過程，通過分析故障波形，指出6kV真空斷路器真空滅弧室故障是變頻器跳閘的根本原因，呼吁重視真空斷路器預防性試驗故障，及時發現運行真空斷路器故障。

真空斷路器；滅弧室；變頻器；擊穿

發電廠高壓廠用系統普遍采用真空斷路器，具有絕緣強度高、滅弧能力強、可靠性高、維護簡單、適合頻繁操作等優點。真空滅弧室是真空斷路器的核心部件，具有極高的可靠性，正常情況下，整個壽命周期內無需任何維護。盡管如此，但是由于真空斷路器數量巨大，在運行中發生故障的案例還是時有報道。

本文介紹了一起真空滅弧室運行中故障的分析處理過程。

1　系統簡介

某 660MW 超臨界燃煤機組配備兩臺容量為2240kW的凝結水泵，電源分別取自6kV母線2A、2B段，每臺凝泵均可100%滿足機組運行要求。為了適應不同負荷下不同凝結水的流量需求，凝泵設置了高壓變頻器，按照“一拖二”系統設計。系統如圖1所示。

圖1　凝結水系統電氣接線圖

兩臺凝結水泵均可運行于工頻或者變頻狀態，可以在工頻和變頻之間切換運行，但任意時刻最多只有一臺泵運行于變頻工況。

2　事故過程

事故前的運行方式為：1DL、5DL合位，B泵變頻運行；2DL熱備用，A泵工頻備用，3DL、4DL冷備用。

因 2B凝結水泵電機上軸承溫度偏高，需停泵檢查。為了維持機組運行，B泵停運期間，需起動A泵運行。起動A泵前，運行人員將3DL、4DL送至運行位熱備用，變頻器頻率由30Hz調整到40Hz。

準備工作就緒后，運行人員在集控室遠方起動發出合2DL斷路器指令，起動凝泵工頻運行。在A泵起動瞬間，B凝泵隨即跳閘，DCS畫面凝泵變頻器控制面板上發“凝泵變頻控制柜故障報警”。就地檢查變頻器控制板顯示“接地故障”。

3　事故分析

事故發生后，熱控及電氣二次專業人員檢查DCS變頻操作程序及邏輯正確，檢查各斷路器位置至DCS接線正確，排除邏輯或者線路錯誤的可能。

變頻器顯示接地故障，電氣一次專業人員用2500V搖表檢查B凝泵電動機及電纜，變頻器功率單元電纜的絕緣均合格，未查出接地點。

由于事故時雖然變頻器報接地故障，但其電源側的斷路器1DL卻無保護動作。電氣二次專業人員對1DL斷路器的保護裝置進行校驗，裝置功能正常。

電氣專業二次技術人員在發變組故障錄波器中檢查A凝泵工頻合閘時的錄波文件，故障錄波器在2A凝泵合閘時同時動作，起動值為A分支突變量。一般來說，大容量電動機起動電流可能會導致故障錄波器起動，因此，錄波起動貌似正常。

但是，電氣專業人員還發現有零序電流產生，只是未達到保護動作值。如圖2所示。由圖2可見，零序電流持續時間超過一個周波以上，然后迅速變小。

圖2　A凝泵起動波形

圖2現象分析，可能存在接地故障。由于1DL斷路器零序保護未動作，檢查相關設備絕緣也正常，只有變頻器報出接地告警，遂在變頻器廠家的指導下，進入變頻器主控板，調閱變頻器故障錄波文件。

變頻器零序電壓波形如圖3（a）所示，零序電壓幅值接近200%。

圖3（b）為變頻器記錄的電源側A、C相電壓，圖3（c）為變頻器記錄的輸出側A、C相電壓。由兩圖比較可見，電源側電壓正常，而輸出側電壓有一定畸變。

由以上幾幅波形可以看出，事故過程確實有零序電壓電流存在，變頻器輸出側電壓有異常，因此，檢查的方向為變頻器的輸出側。

圖3　變頻器內部故障波形

電氣一次技術人員對A、B凝泵變頻出口斷路器進行絕緣耐壓試驗。當 A凝泵變頻出口斷路器4DL的A相斷口加壓至10kV（標準耐壓為42kV）即被擊穿。由此確認故障點為A凝泵變頻器出口斷路器A相真空滅弧室。

4　事故過程還原

本起事故原因是斷路器4DL真空滅弧室運行中故障。在運行人員操作前，該斷路器已經出現故障，斷口耐壓水平嚴重下降，但由于沒有進行預防性試驗，該故障設備未被及時發現。

運行人員將故障斷路器推入工作位置時，該斷路器的斷口承受的電壓為6kV單相對地電壓，小于故障滅弧室所能承受的10kV，所以未出現異常。

當運行人員合2DL斷路器起動A凝泵時，在斷路器4DL斷口之間承受的是40Hz變頻電源和50Hz工頻電源的差頻電壓，其頻率為10Hz，而幅值為額定電壓的2倍，即12kV，已經超過故障滅弧室所能承受的10kV的水平，由此導致A相斷口擊穿，電弧對地放電，引起變頻器故障跳閘。

5　整改措施

1）設備非健康運行是本次故障發生的主要原因

本次事故的直接原因是真空斷路器耐壓水平降低，可能是由于真空泡的真空度降低造成的［4］。真空滅弧室采用陶瓷作為密封和支撐，其真空度為10?3～10?6Pa，從而保證觸頭開斷時的滅弧性能及絕緣水平。如果真空度下降到一定程度，其絕緣水平就會降低，也影響斷路器的開斷水平。這種故障如果未及時發現，如果在事故時斷路器分斷短路電流，極有可能引起斷路器爆炸的嚴重事故。

為了預防此類事故，必須按期進行檢查和測試真空室的真空度，進行耐壓試驗，試驗標準為相間及對地42kV，斷口 48kV。由于種種原因，該廠電氣設備絕緣預防性試驗完成率不高，#2機預試率只有50%，部分隱蔽缺陷不能及時發現，造成設備非健康運行，安全隱患巨大。

2）運行方式需調整

凝泵工頻起動時，將變頻出口斷路器搖至試驗位，能夠防止斷路器長期承受雙倍額定電壓，從運行方式上減小事故發生的可能性。這種方式還能防止運行中變頻出口斷路器誤合造成非同期合閘。

6　結論

從本文論述真空斷路器故障的處理過程可以看出，在電力生產中必須充分重視電氣設備的預防性試驗，即使對于真空斷路器這種可靠性較高的設備，也不能掉以輕心，要嚴格按照規定周期進行試驗，才能保證設備安全運行。

［1］ 孫茁. VD4型真空斷路器滅弧室漏氣故障處理［J］.電力設備，2004，5（9）︰69-71.

［2］ 黃旭鵬，刁敏，兀鵬越，等. 6kV真空斷路器運行中漏氣事故分析［J］. 電工技術，2013（3）︰30-31，33.

［3］ 朱利鋒. 10kV真空斷路器的泄漏故障［J］. 農村電氣化，2010（6）︰29.

［4］ 李慶義. 提高真空斷路器運行可靠性的方法［J］. 電氣技術，2007（8）︰91-93.

刁敏（1971-），工程師，主任，從事發電廠電氣設備調試及其技術管理工作。