高壓電機接線盒引線短路故障原因分析及處理

張立堅，卞春兵，孫 錢，沈 欣

（江蘇省灌溉總渠管理處，江蘇 淮安 223200）

蘇州市婁江水利樞紐工程位于蘇嘉杭高速公路婁江高架以西、外塘河以東區間的婁江河段上，是蘇州市中心區防洪工程控制建筑之一。該工程由14 m節制閘和一座設計總流量15 m3/s 的單向泵站組成，節制閘布置在河道北側，泵站緊鄰節制閘，靠河道南岸布置，泵站只有排澇要求，屬單向泵站，泵站由進水池、導流墩、攔污柵、泵房、出水池等建筑物組成。泵站采用堤身式布置，內安裝3 臺“S”型單軸伸泵，單泵流量為5 m3/s，裝有三臺單機功率200 kW 機組，裝機總容量600 kW，采用單列布置。

泵站主電源由供電部門開閉所10 kV 高壓開關柜出線，經10 kV 橡塑絕緣電纜引至泵站10 kV 高壓室111 進線總開關柜，高壓室內另設置有112 計量柜、113 電壓測量避雷器柜、114 站變柜、115 補償電容器組柜、1 號～3 號主電動機開關柜，該工程配電系統一次接線簡圖如圖1 所示。

圖1 婁江樞紐高壓配電系統一次接線簡圖

1 現場情況

2021 年5 月7 日，該樞紐泵站1 號～3 號主機組正在抽水運行，13：15 時，整個工程突然失電，值班人員執行緊急停機程序后，迅速檢查配電系統，高壓室、低壓室及機組所在廠房，發現交流電均已在斷電狀態。高壓室內，光字牌集控中心發出斷電告警聲，現場應急照明燈亮起，高壓室內各斷路器均在工作位置、合閘位置，高壓開關柜上儀表電壓顯示均為0，各繼電保護裝置無跳閘或告警信息。低壓室內各設備也無跳閘或告警信息。在巡視到1 號、2 號機組附近時，聞到有焦糊味。聯系電力部門對開閉所送電至該樞紐的10 kV 高壓出線柜進行檢查，發現斷路器正處在工作位置、跳閘狀態，保護裝置顯示速斷跳閘，故工程10 kV 主供電源進線斷電，造成整站失電狀態。

2 查看研判

檢修人員將高壓室內各柜面板上的控制方式轉換開關旋至就地狀態后，把斷路器現地分閘，并將斷路器手車搖至試驗位置，在進線開關柜轉換開關手柄套上罩殼，在合閘按鈕上懸掛“禁止合閘、有人工作”警示標牌，合上站變柜、補償電容器組柜及3 臺主機柜的接地刀閘，打開開關柜背面門，開關柜內真空斷路器、母排、電流（壓）互感器、過電壓保護器、電纜等柜內設備外觀均無異常現象；檢查進線開關柜、主電動機開關柜繼電保護裝置均未發出跳閘告警信號。

檢修人員拆開主機層主電動機接線盒，發現2號主電動機接線盒內，有嚴重的焦糊味，盒體和電纜終端表面布滿浮灰，接線樁頭上有明顯嚴重灼傷痕跡，如圖2 所示。同時，該臺電動機引出線U 相已熔斷，如圖3 所示；對其余2 臺機組的接線盒也逐臺拆開檢查，發現1 號主電動機接線盒內，電動機V相引出線表層有損傷，如圖4 所示，3 號主電動機接線盒內外觀無異常現象。

圖2 2 號主電動機接線盒內情況

圖3 2 號主電動機U 相引出線熔斷

圖4 1 號主電動機接線盒內情況

該工程平時給內河與外河之間換水，用以調節水質環境，處于日常長時間運行的工況。

通過檢查分析，此次故障是由于2 號主電動機定子繞組引出線相互之間距離太小，熔斷處臨近W相接線樁頭，且在制作過程中，引出線絕緣層可能存在缺陷。引出線封閉在接線盒內長期運行，平時可能存在著缺少檢查和維護，導致運行發熱情況不能夠被及時發現，且接線盒是全封閉式，導致著長期散熱不良，隨著缺陷逐步發展，最終造成U 相絕緣逐步老化、破損，破損處又緊貼W 相接線樁頭，造成相間短路故障，U 相引出線熔斷。在2 號主電動機及整個工程10 kV 進線所配套的繼電保護裝置未能及時動作跳閘的情況下，引起上級開閉所出線柜繼電保護裝置速斷動作，斷路器跳閘。

但是短路故障發生時，該工程2 號主電動機及10 kV 進線繼電保護裝置均未發出保護動作跳閘信號，未能及時將故障設備切出線路，繼電保護裝置越兩級，至開閉所出線保護裝置動作跳閘。

為避免再次發生同類型故障時，本級保護裝置不能及時動作，導致故障范圍擴大，徹底解決該工程本級保護在設備故障時能夠及時發出跳閘信號，并準確動作保護設備是需要研究和解決的主要問題。

主電動機電纜引出線相間短路故障是否會對電動機內部定子繞組造成損傷，在未拆解機組時，須通過電氣試驗來確定。故在對電動機引出線進線表面進行簡單處理后，開展了主電動機繞組直流電阻、絕緣電阻測量以及交流耐壓試驗，試驗結果詳見表1。試驗結果表明，定子繞組直流電阻三相偏差僅為0.15%，低于規程規定的2%[1]。規程要求繞組的絕緣電阻值不低于rMΩ（r 等于額定電壓UN的kV 數）[1],實測數據均在700 MΩ 以上，遠高于10 MΩ，符合規程要求。在絕緣正常的情況下，開展了定子繞組的交流耐壓試驗，在試驗過程中，未發現放電閃絡現象。

表1 2 號主電動機試驗情況

由此可見，主電動機內部繞組在引出線處相間短路故障后，仍完好無損，僅引出線處出現損傷，只需對引出線做出相應的處理，而無需對主電動機進行解體檢修。

3 處理措施

3.1 電動機引出線處理及試驗

切除破損的主電動機繞組引出線，并在每一相引出線的表面加套一層10 kV 高壓熱縮絕緣套管，以加強相間絕緣，如圖5 所示，并對2 號主電動機高壓開關柜至2 號主電動機的10 kV 電纜按大修后的試驗標準進行試驗，試驗結果見表2。耐壓前后，電纜絕緣電阻值均高于2 GΩ，滿足規范要求的一般不小于1 GΩ[1]。在串聯諧振耐壓過程中，電纜兩端均未發現放電等異常現象，表明該段電纜完好無損，無需任何處理，可繼續放心使用。

圖5 電動機定子繞組引出線處理后

表2 10 kV 電纜試驗情況

3.2 定值重新整定

由于是上級開閉所繼電保護裝置越兩級跳閘，現場保護裝置無跳閘信息，未能記錄故障發生時的電流、電壓、有功和無功等信息。檢查繼電保護裝置內部整定值設定情況，見表3。

表3 繼電保護裝置整定值情況

主電動機容量為200 kW，額定電流為13.60 A，主機柜內電流互感器變比為50/5，二次側額定電流為1.36 A，速斷保護一般整定為額定電流的5～8 倍，取額定電流的8 倍為10.88 A，低于主電動機保護裝置目前設定的速斷值13 A。進線柜內電流互感器變比為150/5，3 臺機組運行時容量和站變負荷約為700 kW，正常運行二次側電流為1.35 A，速斷也取運行電流的8 倍為10.8 A，也低于保護裝置設定的速斷值11.6 A。

顯然本級保護和上一級保護的整定值偏大是造成此次故障越兩級跳閘的主要原因，故須對該樞紐進線及電動機保護裝置的整定值進行重新計算、調整和試驗，避免越級跳閘現象的再次發生。

另外，該工程主電動機繼電保護未設置低電壓保護功能。在主機組突然失電情況下，上、下游兩側水位差會引起機組倒轉，可能造成電動機的生產工藝被破壞，縮短大修周期，影響設備使用壽命。在整定值重新整定時，宜增加低電壓保護，避免故障進一步的擴大，造成更大的損失。

3.3 運行期間加強巡視

可在電動機接線盒表面開設觀察孔，并用紅外玻璃進行密封，在電纜接線樁頭張貼示溫片，以便運行人員觀察電纜運行情況；也可借助紅外測溫儀器，通過非接觸式，實時透過紅外玻璃準確檢測到電纜終端頭的運行溫度，掌握設備運行狀態；也可用無線溫度傳感器緊貼電纜終端頭頸部安裝，通過無線接收裝置現場采集各點溫度信號，通過通信接口上傳至自動化系統，以便實時監控溫度數據，并在超溫時，發出報警信號，提醒運行管理人員，注意加強巡視，適時的停機檢修；也可在制作電纜終端頭時，事先將局部放電傳感器集成在電纜附件殼體上，采用光纖進行數據傳輸至自動化系統，在中控室就可實時觀察到電纜終端在線運行情況，及時研判電氣設備運行狀態，適時加密巡視次數，能有效避免因局部發熱引起的故障的發生。

3.4 電動機引出線接線盒的改進

分析可知，封閉式接線盒存在著散熱不良等問題，可在電動機引出線接線盒側面開設通風口（百葉窗式），加強接線盒內通風，通風口設計應符合IP 44 防護等級；亦可在接線盒側面再加裝通風風機，根據3.3 描述，通過溫度傳感器控制通風風機，加強盒內溫度散發，防止因高溫引起的引出線絕緣層受熱老化。

4 結語

對于安裝在高壓電動機封閉式接線盒內的電動機定子引出線、電動機、電纜及相關的高壓電氣設備應嚴格按照《電力設備預防性試驗規程》要求，定期進行預防性試驗，通過分析逐年試驗數據結果，可以研判電氣設備老化的趨勢，做出相應的維護、檢修保養計劃。

對于類似的全封閉接線盒，可通過對電動機接線盒的改造，增設紅外玻璃觀察口，便于采用紅外溫度等手段及時對接線盒內的引線及電纜終端進行巡查，并增加通風散熱措施，及時發現缺陷，防患于未然。如能增設無線測溫、局放在線監測等設備，則更加有利于盒內故障的提前發現和及時處理，避免同類故障的發生。而通過對樞紐進線及電動機保護裝置的定值的重新計算、整定和試驗，能有效避免越級保護跳閘現象的再次出現。