300兆瓦燃煤機組高壓廠用電系統F-C型開關的缺陷分析及對策

浙江浙能溫州發電有限公司 王杰 何朝暉

0 前言

大中型火力發電機組的6kV廠用電系統在電氣專業的投資占比較重，在基建時往往會考慮節省基建成本，一般的配置方案中廠用電系統會采用壓高壓真空斷路器開關柜與限流熔斷器及機械保持型高壓真空接觸器（F－C）組合回路的開關柜。1600kVA及以下容量的變壓器、1250kW及以下功率的高壓電機一般均選用（F－C）組合回路[1]。

相對于真空斷路器開關柜而言，限流熔斷器及機械保持型高壓真空接觸器（F－C）組合回路開關柜有以下諸多優勢：設備價格低；開關柜體積小[2]，可以節省開關室的布置空間；高壓真空接觸器開斷速度快，可頻繁操作[3]，能夠適應高壓電動機的頻繁啟停，機械壽命長[4]；由于采用了限流熔斷器，在分支的電力電纜的截面選擇上可以相應縮小[5]，總的來說采用限流熔斷器及機械保持型高壓真空接觸器（F－C）組合回路可以節約開關設備投資、土建費用和6kV高壓電纜的投資；高壓真空接觸器的檢修維護量小，使用壽命長[6]，是高壓少油斷路器及其他真空斷路器無法比擬的優點。

由于受基建概算費用的限制，在設備選擇上設備價格相對合適的只有國產設備，國內早期只有沈陽低壓開關廠和天水長城開關廠生產F－C開關柜。

1 廠用電系統6kV F－C開關柜概況

溫州發電廠二期兩臺300MW機組共采用F－C開關柜共43臺（86個回路），其中安裝在#3、#4機工作段20臺（40個回路）、公用段6臺（12個回路）、輸煤段17臺（34個回路），供貨廠家為天水長城開關廠。柜體型式為交流金屬鎧裝全封閉手車式開關柜，型號為KYN3-10，柜體結構為左右布置雙F－C回路手車式，其中主要元件熔斷器為WFNHO型高壓限流熔斷器，接觸器為JCZ2－6J/400-4機械保持型高壓真空接觸器。

2 26kV F－C開關柜的使用情況

自調試及投運一年多時間，不完全統計共發生223次各類開關故障，但不包括檢修緊急處理的缺陷。具體如下：

（1）開關柜五防檢查時，發現其中有部分6kV F－C手車在真空接觸器合閘后，對開關手車進行推進操作時，手車定位銷脫離定位孔，但真空接觸器仍未被機械打跳，存在開關合閘狀態可以推至工作位置，有帶負荷合刀閘的可能性，嚴重危害設備和人身安全。

（2）在運行操作中及檢修過程中共發現9臺次，由于開關驅動架結構不合理，出現開關非全相分閘的情況。

（3）由于開關的性能不可靠，時常出現開關拒動[7]，造成設備的損壞報廢，嚴重時甚至導致高壓電機燒毀事故，造成不應有的損失。開關拒分，其中較為嚴重的是發生兩次由于開關故障造成嚴重的設備損壞和一次電動拒動機械打跳失敗的事件。

l）輸灰 C空壓機故障發出跳閘指令后F－C開關拒動，造成輸灰C空壓機嚴重燒毀.經與廠家人員一起檢查確認，開關的電動分、合閘回路及保護動作情況正確，開關拒動原因為開關柜內的分閘線圈的分閘力與開關分閘機構的機械分閘力在臨界位置。當分閘機構有一定機械不靈活時，分閘線圈動作無法頂開開關的分閘機構，同時導致開關的分閘線圈燒毀。

2）輸灰A空壓機在發出停機命令時，F－C開關電動拒分，但空壓機在停機命令發出的同時停壓縮機冷卻油電磁閥。由于開關電動拒分，輸灰A空壓機電機仍然運轉，而壓縮機冷卻油已停，造成主機斷油燒壞并使電機堵轉過流燒壞。經檢查，開關B、C兩相高壓熔絲熔斷，開關分閘線圈未燒毀，開關手動分合閘操作正常，開關在試驗位置電動分閘15次，開關動作正確。

3) 運行操作停#0B輸煤皮帶，在操作檢查時發現#0B輸煤皮帶的電度表未停轉，電機保護器仍有電流指示。查開關位置指示器，位置指示器顯示開關分閘，#0B輸煤皮帶仍在運行，開關柜上分合閘指示燈均無顯示，運行人員就地進行機械打跳但真空接觸器仍未分閘。檢修維護人員到場后對#0B輸煤皮帶開關柜及開關現場檢查處理，#0B輸煤皮帶開關經二十幾次機械打跳后，真空接觸器分閘，分閘后檢查電機保護器無電流指示、電度表停、分閘指示綠燈亮，運行人員在確定#0B輸煤皮帶已停下后，將開關拉至檢修位置，對開關進行檢查，發現開關分閘機構兩只安裝螺絲一只已經脫落，開關分閘機構向下歪斜，機械打跳的橫拉桿彎曲。裝復真空接觸器分閘機構，更換機械打跳的橫拉桿，真空接觸器機械打跳分閘操作恢復正常。

（4）開關結構不合理，在運行操作中發現6臺開關出現非全相分閘；以及機構內部機械零部件強度差，出現零部件彎曲變形。

（5）開關柜內接地閘刀為上開下合式，如出現接地閘刀操作拉桿變形或銷子斷裂，就存在帶電合接地閘刀的嚴重隱患，在運行中已經出現過接地閘刀往下倒到一半的位置。

（6）接觸器內的輔助開關質量差，經常出現輔助開關斷裂；開關柜內的手車位置開關質量差，復位性能差、經常造成開關無法合閘。

3 6kV F－C開關柜的問題分析及對策

在6kV F－C開關柜產品質量問題導致的故障發生以后，引起各方的高度重視，為確保F－C開關柜和輸灰空壓機的安全可靠運行和F－C開關的正確動作，多次與F－C開關柜廠家技術人員進行設備現場檢查解體、分析原因和制訂整改措施并形成多份會議紀要，并與生產廠家技術研發組就F－C開關柜發現的一系列質量問題進行了專題討論，針對出現的問題要求廠家對6kV接觸器的結構和部件質量進行改進和完善。

表一：故障類型、原因及發生次數

采取的主要措施如下：

針對真空接觸器非全相分閘的現象，根據對真空接觸器現場解體檢查情況分析，真空接觸器的驅動架結構不合理，驅動架上無真空泡的拉桿定位結構，在分閘過程中真空泡的拉桿會出現從驅動架上脫出，導致發生真空接觸器非全相分閘的現象出現。為防止6kV F－C開關出現非全相分閘的現象，要求由制造廠重新設計有真空泡的拉桿定位結構接觸器驅動架，并更換所有接觸器的驅動架。在廠家提供改型后的驅動架到貨后更換開關驅動架，并重新做開關動作特性試驗。

為防止6kV F－C開關的真空接觸器經常由于分閘拒動分閘線圈長時間通電致使出現分閘線圈燒毀[8]；在分閘回路中再串接一對跳閘繼電器的常開接點[9]。

真空接觸器經常出現不能可靠分閘，在檢查處理時發現僅需要對分閘機構進行加油潤滑、接觸器就分合閘動作正常，但使用一段時間后又會出現故障。經分析認為，分閘線圈的動作力偏小，分閘機構出現積灰或輕微卡澀就無法可靠分閘。要求廠家對分閘線圈按原設計匝數適當增加安匝數，增強分閘線圈的分閘動作力，并通過驗證確保在額定電壓65%動作可靠，保證 F－C開關可靠分閘。

檢修時經常發現由于內部機械零部件強度差，分閘脫扣機構出現零部件彎曲變形。根據實際情況對分閘脫扣機構零部件做了機械強度加強和提高表面光潔度等改進，提高了分閘脫扣機構可靠性[10]。

為防止輸灰空壓機在正常停機過程中F－C開關的真空接觸器拒動[11]，空壓機電機仍在運轉、而空縮機潤滑冷卻油在空壓機停機指令發出的同時收到停止指令，造成空壓機斷油引起電機的堵轉、過流、燒壞。由空壓機廠家更改空壓機停機時壓縮機冷卻油電磁閥的控制程序[12]，改成等F－C開關的跳閘信號返回后[13]，再停壓縮機冷卻油電磁閥。

開關柜手車為推入式結構，且導軌精度低，推至工作位置時，觸頭易上下或左右偏離[14]，接觸面減小觸頭發熱。并且手車工作與試驗位置無指示，無直觀的觀察點[9]，以及所采用的部分零部件質量差，運行人員操作時只能根據手車的定位銷和靠運行操作人員感覺和經驗來判別手車是否到位，極不不可靠。

鑒于6kV F-C開關機構在運行中頻繁發生由于分閘機構卡澀[12]分閘線圈燒毀現象，根據廠家的建議，特制定了對6kV F-C開關檢修規定，每隔三個月對頻繁分合的6kV F-C開關分閘機構進行一次檢查和加油潤滑[l3]，其余的6kV F-C開關每隔六個月檢修部門必須對6kV F-C開關分閘機構部分進行一次檢查和加油潤滑，確保6kV F-C開關機構完好。同時作好6kV F-C開關機構檢查加油記錄，到加油周期后，檢修部門對6kV F-C開關機構分閘部分進行檢查和加油潤滑。運行部門操作送電時，6kV F-C開關送至工作位置前必須在試驗位置進行開關多次分合閘試驗，在確認開關分合閘正常后方可送至工作位置。開關在電動分閘失敗后，必須立即就地對開關進行機械打跳。為了防止分閘線圈長期通電燒毀線圈，將分閘脈沖由10秒改為3秒。

4 結論

根據溫州發電廠#3、#4機組交流金屬鎧裝全封閉手車式F－C開關在安裝、調試及運行中頻繁出現故障，嚴重影響廠用電系統開關設備的可靠性和安全性，我們認為該種F－C開關柜產品性能及質量開關柜存有以下影響安全運行的問題：

接觸器整體工藝差，性能不可靠，頻繁出現開關拒動，造成設備的損壞報廢，以及非全相分閘危及設備和人身安全。

開關柜五防閉鎖機構結構差，時常出現五防功能失效。

開關柜內配置的接地閘刀為上開下合式結構，檢修中發現由于操作連桿變形和拉桿螺紋滑牙致使出現接地閘刀與帶電部位安全距離縮小，如拉桿螺紋完全脫出可能會出現接地閘刀自由落下發生帶電合接地閘刀的事故出現。

接觸器的結構不合理，如需更換接觸器的合閘線圈，須將接觸器徹底解體，更換完合閘線圈裝復時，還需要重新調整接觸器的行程和進行機械特性試驗。

鑒于天水長城開關廠生產的F－C開關柜的實際情況，筆者根據經驗針對性處理所發現的問題，對真空接觸器部件和配件及開關手車局部機構進行了一系列的整改和更換后，真空接觸器及開關手車的性能和可靠性有一定的提高，缺陷明顯減少，保證了廠用電系統開關設備的可靠性和安全性，但畢竟只是對設備存在的部分設計缺陷進行整改，無法使該型號真空接觸器性能上有很大改變，經過幾年時間的運行后，由于機構的機械磨損又出現部分真空接觸器分合閘卡澀現象。為了保證廠用電系統開關設備的可靠性和安全性，還需繼續對真空接觸器機構部分做好長期針對性的檢查維護工作。