某電廠發(fā)電機(jī)出口斷路器燒損事故分析

崔 鵬

(華能河南中原燃?xì)獍l(fā)電有限公司，河南 駐馬店 463000)

發(fā)電廠發(fā)電機(jī)出口斷路器和隔離開(kāi)關(guān)是實(shí)現(xiàn)機(jī)組并網(wǎng)的關(guān)鍵設(shè)備[1]，對(duì)于燃?xì)庹{(diào)峰機(jī)組來(lái)說(shuō)，運(yùn)行方式多樣，斷路器出現(xiàn)故障的概率大為增加。介紹了一起因隔離開(kāi)關(guān)合閘行程不足，斷路器側(cè)觸指與隔離開(kāi)關(guān)動(dòng)觸頭鍍銀層無(wú)法充分接觸，從而導(dǎo)致母線間斷性接地的事故[2]。詳細(xì)闡述了檢查過(guò)程和分析思路，并根據(jù)暴露出的問(wèn)題，提出了改進(jìn)措施。

1 事故概述

1.1 設(shè)備概況

某電廠采用西門(mén)子9F級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)，出口電壓21 kV，額定功率390 MW，主接線采用擴(kuò)大型單元接線，1號(hào)發(fā)電機(jī)(1F)經(jīng)出口斷路器01隔離開(kāi)關(guān)012、主變壓器接入500 kV系統(tǒng)。出口斷路器01和隔離開(kāi)關(guān)012為ABB公司生產(chǎn)的HECS-100L型發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)組合電器，采用分相布置，每相電氣元件獨(dú)立安裝在一個(gè)金屬罩殼內(nèi)，兩端連至離相封閉母線，整體安裝在主廠房與主變壓器之間高6.5 m的鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)上。三相斷路器、隔離開(kāi)關(guān)分別通過(guò)連桿連接，同時(shí)動(dòng)作三相，斷路器采用液壓彈簧操作機(jī)構(gòu)，隔離開(kāi)關(guān)為戶(hù)內(nèi)、金屬封閉和水平布置型式，采用電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)，設(shè)有就地和遠(yuǎn)方兩種控制模式，其接線圖如圖1所示。

圖1 1號(hào)發(fā)電機(jī)電氣主接線圖

1.2 事故工況

1號(hào)發(fā)電機(jī)長(zhǎng)期停運(yùn)后，初次啟動(dòng)并網(wǎng)，斷路器01、隔離開(kāi)關(guān)012均在合位，發(fā)電機(jī)升負(fù)荷過(guò)程中，發(fā)電機(jī)第一套保護(hù)100%定子接地保護(hù)啟動(dòng)，延時(shí)1001 ms動(dòng)作于全停，此時(shí)發(fā)電機(jī)有功功率70 MW，無(wú)功功率13 Mvar，定子電壓21 kV，定子電流2 kA。

2 事故經(jīng)過(guò)

某日，根據(jù)調(diào)度計(jì)劃，某電廠1號(hào)發(fā)電機(jī)擬于14:00啟動(dòng)并網(wǎng)，12:12燃機(jī)點(diǎn)火成功，后運(yùn)行值長(zhǎng)向調(diào)度申請(qǐng)合上隔離開(kāi)關(guān)012，將1號(hào)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)為熱備用狀態(tài)，遠(yuǎn)方控制過(guò)程中，隔離開(kāi)關(guān)012出驅(qū)動(dòng)故障報(bào)警，位置反饋信號(hào)消失。

就地檢查隔離開(kāi)關(guān)012驅(qū)動(dòng)電源空氣斷路器Q900跳閘，隔離開(kāi)關(guān)機(jī)械位置和電氣位置指示消失，判斷機(jī)構(gòu)行駛至中間位置無(wú)法前進(jìn)，無(wú)法再進(jìn)行電動(dòng)操作。測(cè)量驅(qū)動(dòng)電機(jī)絕緣均合格，檢查隔離開(kāi)關(guān)底部三相執(zhí)行機(jī)構(gòu)連桿無(wú)變形、三相角度一致。就地試送驅(qū)動(dòng)電源空氣斷路器Q900，約5 s后，Q900再次跳閘。

由于未發(fā)生過(guò)此類(lèi)問(wèn)題，電廠人員遂咨詢(xún)廠家ABB公司武漢辦事處技術(shù)服務(wù)人員，廠家人員詳細(xì)詢(xún)問(wèn)了現(xiàn)場(chǎng)情況，包括上次正常分合至本次卡澀期間是否進(jìn)行過(guò)開(kāi)關(guān)檢修、是否打開(kāi)過(guò)組合電器的罩殼、開(kāi)關(guān)底部的傳動(dòng)連桿是否三相一致、以前有無(wú)運(yùn)行異常現(xiàn)象等情況后，告知電廠人員隔離開(kāi)關(guān)012如果長(zhǎng)期處于分位，再次合閘時(shí)，合閘力矩會(huì)變大，有可能使驅(qū)動(dòng)電機(jī)過(guò)載或燒毀，該型隔離開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)有手動(dòng)分合閘功能，可就地手動(dòng)對(duì)操作機(jī)構(gòu)進(jìn)行活動(dòng)。電廠人員遂按照設(shè)備說(shuō)明書(shū)中操作說(shuō)明，在服務(wù)人員遠(yuǎn)方指導(dǎo)下，使用操作手柄進(jìn)行手動(dòng)活動(dòng)，活動(dòng)兩次后，通過(guò)就地控制柜對(duì)隔離開(kāi)關(guān)進(jìn)行電動(dòng)合、分閘操作2次，隔離開(kāi)關(guān)機(jī)械和電氣位置指示均正常。13:30，運(yùn)行人員在DCS上對(duì)隔離開(kāi)關(guān)012進(jìn)行分合閘1次，分合過(guò)程正常，隔離開(kāi)關(guān)就地機(jī)械位置和電氣位置指示均正常。

14:21，1號(hào)發(fā)電機(jī)并網(wǎng)，14:27機(jī)組負(fù)荷升至70 MW時(shí)，DCS報(bào)發(fā)電機(jī)綜合保護(hù)動(dòng)作，機(jī)組跳閘，發(fā)電機(jī)解列。就地檢查1號(hào)發(fā)電機(jī)第1套保護(hù)柜，顯示發(fā)電機(jī)100%定子接地保護(hù)動(dòng)作，動(dòng)作時(shí)間1001ms，動(dòng)作曲線顯示，跳閘前1號(hào)發(fā)電機(jī)B相電壓降低，A、C兩相電壓隨之升高，可判斷1號(hào)發(fā)電機(jī)B相發(fā)生了間歇性接地。

電廠人員沿出線進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)組合電器小間內(nèi)隔離開(kāi)關(guān)012B相罩殼內(nèi)存在灼燒跡象，打開(kāi)罩殼發(fā)現(xiàn)B相動(dòng)、靜觸頭兩端端部(鍍銀層)及觸指均存在不同程度燒損，位于斷路器滅弧室側(cè)的觸頭燒蝕有大約20 mm的缺口，罩殼壁板有放電痕跡，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)絕緣拉桿燒損，拐臂向上彎曲約35 mm。同時(shí)在B相罩殼內(nèi)斷路器側(cè)靜觸頭下面的底板上發(fā)現(xiàn)一方形環(huán)氧樹(shù)脂塊，尺寸30 mm×26 mm×10 mm，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)比對(duì)材質(zhì)和尺寸，確認(rèn)為斷路器側(cè)靜觸頭上安裝的導(dǎo)向塊的一部分。檢查A、C相罩殼未發(fā)現(xiàn)異常。

3 原因分析

綜合現(xiàn)場(chǎng)檢查和情況分析，1號(hào)發(fā)電機(jī)隔離開(kāi)關(guān)012損壞的原因?yàn)楦綦x開(kāi)關(guān)靠斷路器側(cè)的靜觸頭頂部導(dǎo)向塊部分脫落(厚度約10 mm)，導(dǎo)致該滑塊無(wú)倒角，合閘過(guò)程中，運(yùn)動(dòng)部分首部向下偏移，中心線不重合，阻力增大，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)電機(jī)跳閘。合閘完成后，鍍銀層和觸指不能充分結(jié)合，在升負(fù)荷過(guò)程中，流過(guò)斷口的電流時(shí)逐漸增大，發(fā)熱導(dǎo)致觸頭熔焊，并在動(dòng)靜觸頭間隙拉弧，金屬液化濺射放電，導(dǎo)致B相母線存在間斷性接地痕跡，發(fā)電機(jī)定子保護(hù)動(dòng)作跳閘。

圖2為隔離開(kāi)關(guān)012分閘狀態(tài)的示意圖，斷路器側(cè)靜觸頭內(nèi)安裝3只定位滑塊，每只滑塊外沿有圓形倒角，隔離開(kāi)關(guān)動(dòng)觸頭端部為圓形倒角，便于動(dòng)觸頭行進(jìn)過(guò)程中減小阻力，到達(dá)合閘終點(diǎn)后，動(dòng)觸頭固定在觸指和定位滑塊之間，其鍍銀層與斷路器觸指相連，接觸電阻小且穩(wěn)定，保證隔離開(kāi)關(guān)能正常通過(guò)工作電流[3]。其動(dòng)觸頭行程軌跡如圖3所示。

圖2 隔離開(kāi)關(guān)012分閘狀態(tài)的示意圖

圖3 隔離開(kāi)關(guān)動(dòng)觸頭行程軌跡圖

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)隔離開(kāi)關(guān)012動(dòng)靜觸頭的尺寸及行程進(jìn)行測(cè)量，靜觸頭觸指與斷路器靜觸頭觸指間距為240 mm，觸指長(zhǎng)度為75 mm，動(dòng)觸頭總長(zhǎng)290 mm，雙側(cè)鍍銀層各40 mm，傳動(dòng)桿長(zhǎng)度190 mm，拐臂長(zhǎng)度160 mm，行程軌跡如圖3所示。到達(dá)完全合位時(shí)，隔離開(kāi)關(guān)012兩側(cè)鍍銀層各深入觸指30 mm，經(jīng)檢查拐臂變形彎曲，末端上抬約35 mm，導(dǎo)致直線長(zhǎng)度減少約20 mm，刀閘合閘過(guò)程中，運(yùn)動(dòng)路程縮短20 mm左右，觸指與鍍銀層接觸長(zhǎng)度不足，同時(shí)動(dòng)靜觸頭中心線偏移，上部間隙導(dǎo)致過(guò)熱拉弧，引發(fā)此次事故。

底板上的環(huán)氧樹(shù)脂塊基本保存完好，經(jīng)比對(duì)確認(rèn)為開(kāi)裂掉落的定位滑塊的一部分，檢查另2只水平分布定位滑塊情況發(fā)現(xiàn)，右側(cè)定位滑塊由于受到高溫導(dǎo)致變形，左側(cè)滑塊已脫落，因此可以判斷頂部滑塊為故障前掉落。

綜上所述，有理由推定隔離開(kāi)關(guān)012上次動(dòng)作時(shí)，環(huán)氧樹(shù)脂滑塊受到擠壓，使滑塊開(kāi)裂，脫落至底板上，本次合閘時(shí)，頂部滑塊因無(wú)倒角導(dǎo)引，機(jī)構(gòu)受頂部定位滑塊阻擋使合閘力矩變大，拐臂彎曲，合閘距離不足，鍍銀層和觸指不能充分接觸，接觸電阻變大發(fā)熱融化，最終引發(fā)此次事故[4]。

4 暴露問(wèn)題及改進(jìn)措施

a.設(shè)備設(shè)計(jì)存在缺陷。該型隔離開(kāi)關(guān)的機(jī)械指示和電氣指示均通過(guò)其操作機(jī)構(gòu)上的指示器實(shí)現(xiàn)，導(dǎo)致即使機(jī)械指示和電氣指示均為合位時(shí)，隔離開(kāi)關(guān)實(shí)際上可能并不處于完全合閘位置[5]，只能人工通過(guò)窺視孔確認(rèn)其位置，且三相隔離開(kāi)關(guān)之間布置極為緊湊，人員活動(dòng)不便，不利于隔離開(kāi)關(guān)位置確認(rèn)，后期已加裝一套視頻監(jiān)控系統(tǒng)，并將監(jiān)控畫(huà)面實(shí)時(shí)傳至監(jiān)控后臺(tái)，方便人員確認(rèn)隔離開(kāi)關(guān)的實(shí)際位置。

b.導(dǎo)向塊存在質(zhì)量問(wèn)題。事故發(fā)生前半年，電廠人員在機(jī)組例行檢修時(shí)，已經(jīng)對(duì)該導(dǎo)向塊進(jìn)行過(guò)檢查，并未發(fā)現(xiàn)開(kāi)裂、移位情況。事故發(fā)生時(shí)該開(kāi)關(guān)動(dòng)作僅1260次，在遠(yuǎn)未達(dá)到其設(shè)計(jì)的5000次機(jī)械壽命的檢修標(biāo)準(zhǔn)下，即發(fā)生導(dǎo)向塊斷裂脫落現(xiàn)象，說(shuō)明該導(dǎo)向塊存在嚴(yán)重的質(zhì)量問(wèn)題。廠家目前并無(wú)升級(jí)或替代產(chǎn)品，只能通過(guò)增加檢查、檢修頻次等手段減少設(shè)備隱患。

c.設(shè)備隱患排查不深入。電廠人員未能結(jié)合設(shè)備的運(yùn)行特性，特別是根據(jù)長(zhǎng)期停運(yùn)后的設(shè)備狀態(tài)制定詳細(xì)的有針對(duì)性的維護(hù)檢查計(jì)劃，隔離開(kāi)關(guān)動(dòng)靜部件缺少必要的維護(hù)項(xiàng)目和內(nèi)容，導(dǎo)致設(shè)備異常未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)、及時(shí)處理。下一步應(yīng)認(rèn)真吸取事故教訓(xùn)，舉一反三，全面深入開(kāi)展隱患排查工作，逐一排查高壓斷路器、隔離開(kāi)關(guān)的操作機(jī)構(gòu)、二次回路、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等，與廠家溝通能否通過(guò)技改實(shí)現(xiàn)每隔離開(kāi)關(guān)均有獨(dú)立的狀態(tài)指示，徹底消除設(shè)備存在的隱患。

5 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)一起發(fā)電機(jī)出口斷路器燒損事故進(jìn)行了分析，詳細(xì)闡述了檢查過(guò)程和分析思路，并根據(jù)暴露出的問(wèn)題，提出了改進(jìn)措施，對(duì)采用相同形式隔離開(kāi)關(guān)的發(fā)電機(jī)組具有借鑒意義。