沙河抽水蓄能電站10 kV高壓柜缺陷分析與處理

黃 艷，龔翔峰

（江蘇沙河抽水蓄能發電有限公司，江蘇 溧陽 213333）

0 引言

沙河抽水蓄能電站（簡稱沙河電站）10 kV高壓柜采用ZS1型鎧裝式金屬封閉開關設備，額定電壓12 kV，由固定柜體和真空斷路器手車組成。本文結合沙河電站工程實例介紹了10 kV高壓柜運行中出現的缺陷，分析缺陷原因，介紹處理過程。

1 10 kV高壓柜配置

沙河電站共設有24面10 kV高壓柜：起AB換相作用的發電/抽水換相開關柜、泵工況背靠背啟動用的拖動/啟動開關柜、隔離排柜、廠變高壓開關柜、勵磁隔離排柜、機組出口電壓互感器柜和主變低壓側電壓互感器/避雷器柜等，其中14面開關柜均采用手車型真空斷路器（簡稱手車開關）。

2 手車開關

手車框架采用冷軋鋼板經折彎及焊接而成；開關采用澆注式極柱，真空滅弧室安裝在三相立式絕緣套筒內，可有效防止真空滅弧室受外力作用而導致損壞，同時避免因粉塵和污穢的積累而造成沿面閃絡，改善滅弧室周圍的電場分布；配套操動機構采用結構緊湊、性能穩定的平面蝸卷式彈簧操動機構；動觸頭采用梅花式觸指系統，具有接觸電阻小，承受熱穩定電流和動穩定電流大等優良的電氣性能。

3 10 kV高壓柜故障分析及處理過程

3.1 手車開關合不上

抽水蓄能機組在發電工況和抽水工況啟動時，需在發電機出口開關合上前，先合上發電或抽水換相開關，一旦發生手車開關合不上，將會導致機組啟動流程中止。

現象1：1號機抽水換相開關合不上[1]。手車搖至檢修位置，打開面板，發現開關未分到位，將計數器與合閘線圈軸的連接部分壓塊拉開后，機構自動調整至分位置。但其根本原因為開關長期頻繁動作，強烈震動導致小半軸的軸銷突出，阻止了機構動作路徑，見圖1；經返廠機構拆除、更換零配件后缺陷得以消除。

圖1 VD4傳動機構內小半軸軸銷突出

現象2：2號機抽水換相開關合不上[2]。手車搖至檢修位置，發現閉鎖電磁鐵Y1未吸合，根據圖2所示，因合閘回路中Y1未吸合，輔助開關S2的常開接點不動作，合閘線圈Y3無法得電工作。經萬用表實測Y1線圈電阻達5 MΩ，而廠家標準為9 kΩ±10%，判定閉鎖電磁鐵燒毀。

圖2 手車開關合閘控制回路圖

原因分析：手車開關正常工作時，操作電源不斷開，閉鎖電磁鐵長期帶電，電磁鐵容易發熱導致線圈質量下降甚至燒毀；另外控制電壓若長期偏高，也會促使電磁鐵損壞。處理：更換閉鎖電磁鐵后開關動作恢復正常。

現象3：2號機發電換相開關合不上[3]。現地操作開關“合”，閉鎖電磁鐵Y1正常吸合，測合閘線圈Y3未得電。斷電后萬用表實測Y3線圈電阻正常，但整流橋V3單橋電阻不到300 kΩ，全橋電阻不到0.5 MΩ，均低于廠家標準單橋1.9 MΩ、全橋3.5 MΩ，判斷整流橋損壞。

整流橋內部接線如圖3所示，當控制電源為直流時，正常只有二極管D13和D16或D14和D15勵磁，合閘線圈Y3得電后合閘回路接通。由于線圈為電感元件，在開關操作瞬間，線圈兩端會產生較大的反電熱，通過二級管放電，長期運行后，二級管容易被擊穿；另外高溫、震動、電壓長期偏高（基本在DC 232 V左右），也將促使二極管加速老化。處理：更換整個整流橋模塊后分合操作開關正常。

圖3 合閘回路整流橋V3電氣接線圖

3.2 冷卻回路故障報警

沙河電站換相開關柜額定電流達4 000 A，正常運行時柜內運行溫度較高。為改善運行環境，在抽水換相開關、發電換相開關和隔離排柜柜體前后各裝有2只風扇，以便將柜內產生的高熱量與外界形成熱交換，達到冷卻的目的。

現象1：2號機高壓柜冷卻回路故障報警。現場檢查發現風扇未啟動，啟動回路中間繼電器KC1動作，實測常開接點KC1:13-14未閉合，故風機啟動回路未接通，見圖4。解線后測試常開接點接觸不良，時而導通時而不通。分析繼電器長時間運行，接點表面氧化或有灼傷燒毛痕跡或觸頭壓力不夠導致接觸不良。斷電更換中間繼電器后工作正常。

圖4 冷卻風扇電氣控制圖

現象2：1號機高壓柜冷卻回路故障報警。檢查發現風扇已啟動，報警回路中繼電器KC2動作，判斷并聯的6只風扇微動開關有1個或幾個未動作。停電后拆開蓋板檢查發現抽水換相開關后側風扇的微動開關擋板脫落，導致風扇出風口吹不到擋板，微動開關常閉接點未動作。判斷固定擋板的膠水在高溫環境下加速老化，失去固定作用，在風力作用下使擋板脫離與微動開關引出桿的固定連接。更換微動開關并對所有擋板進行加膠加固處理，故障消除。

3.3 2號機發變組差動保護動作

現象：2號機抽水工況運行約3 h后發變組比率差動動作。故障錄波（見圖5）顯示故障時AB相電壓幅值相等、相位相同，AB相電流幅值大小相等、相位相反。判斷AB相相間短路，且為瞬時性故障，持續時間約90 ms。經對主變低壓側和隔離母排間一次設備進行系統檢查，絕緣測試均合格。發電啟機并網后2號機組運行聲音異常，A相無電流，緊急停機。

圖5 故障錄波故障時截圖

檢查發現1號機發電換相開關A相未同步合閘，判斷A相觸頭與操作機構脫鉤。

原因分析：沙河電站發電工況和抽水工況采用AB換相設計，在機組抽水運行時，抽水換相開關合閘，發電換相開關斷開，發電換相開關A相斷口間承受AB相間電壓。由于發電換相開關A相開關觸頭未完全分閘到位，在抽水運行時，A相動靜觸頭斷口間絕緣被擊穿而導致局部放電，A、B相間發生瞬時性短路，見圖6。

圖6 抽水蓄能機組AB換相圖

處理：更換備用手車開關；原開關返廠解體發現A相凸輪盤偏移導致無法完全釋放分閘彈簧，分閘不到位。

3.4 監控系統間斷發報文“1號機隔離排柜手車不

在工作位置”

現象：1號機隔離排在正常運行時，監控LCU顯示手車不在“工作”位置，而現地手車工作位置指示燈亮，判斷手車工作位置輔助開關S9的接點或航空插針有松動。經回路檢查，發現柜體上的航空插座中52號插針松動，見圖7。原因分析：在隔離排柜檢修隔離操作時，多次拔插航空插頭，導致插針松動，接觸不良。處理：在插針外穿一只黑色固定膠圈，手車推至工作位置，監控和現地顯示均正常。

圖7 1號機隔離排柜航空插針松動

3.5 1號機機組保護A面和B面柜顯示發電換相開

關變位時間不一致

現象：1號機發電過程中，保護柜報文顯示發電換相開關變位時間，B面柜較A面柜慢9 s。經查電氣回路圖，保護柜的開入量由手車開關的輔助開關S5的2對常開接點送出。根據現象判定輔助開關S5的53:54接點有松動，見圖8。因長期運行在振動、高溫環境下，輔助開關傳動桿間隙慢慢發生變化，接點與引出線接觸也會松動，從而導致接點接觸不良。處理：更換備件，多次分合開關，兩面機組保護柜顯示開關變位時間一致。

圖8 手車開關各輔助開關實物圖

4 設備管理

通過多年對缺陷分析與處理以及壽命跟蹤中積累的經驗，逐步形成適合現場的設備管理方式：①對高頻發的二次元件，適時適量配備備品備件；②每年利用2次檢修機會，檢查機構，測量閉鎖電磁鐵、分合閘線圈、整流橋電阻；③每3年由設備廠家進行系統性維護保養；④對動作頻繁、運行達8年以上的開關逐步淘汰更新；⑤在現場存放1只備用手車開關，以減少缺陷處理的時間。

5 結語

10 kV高壓柜作為抽水蓄能電站運行的關鍵設備，其安全可靠性顯得尤為重要。通過對10 kV高壓柜運行過程中故障的處理，在高壓柜管理上積累了豐富的經驗。手車開關操作頻繁，手車比較笨重，出現故障檢查處理難度較大，因而要高度重視備品備件的采購與設備管理工作。