廠用電切換失敗原因分析與對策

李正興

（神華國華爪哇運維公司，印度尼西亞萬丹 15134）

1 快切裝置原理

快切裝置是一種快速切換裝置，可以在事故以及正常工況下完成兩路供電電源間快速切換，保障供電負荷的不停電運行。廠用電源切換的方式一般按照啟動原因、開關動作順序等進行分類。

按快切裝置啟動方式分類：正常切換、事故切換及不正常切換（母線失壓或開關偷跳），其中正常切換為雙向的（有別于備自投裝置，為單向切換），可以由工作電源切換到備用電源，也可由備用電源切換到工作電源。

按開關動作順序分類（以工作電源切向備用電源為例）：①并聯切換。此種方式多用于正常切換，如啟、停機時切換廠用操作，為不停電切換方式；②串聯切換。此種方式多用于事故切換。母線斷電時間約為備用電源開關合閘時間；③同時切換。此種方式介于并聯切換和串聯切換之間，既可用于正常切換，也可用于事故切換。斷電時間也介于并聯切換和串聯切換之間：大于零而小于備用電源開關合閘時間。

常規高壓廠用電系統中，工作電源由發電機機端經高廠變引接，備用電源由來自系統的啟備變引接，且所接帶的大多數負荷為異步電機。輔機電機及低壓變壓器正常由工作電源供電，當工作電源發生故障跳開后，廠用電母線將瞬時失電，電機由于機械慣性開始惰走。對于異步電機而言，工作電源斷開后定子電流變為零，轉子電流逐漸衰減，轉子轉速由于慣性將從額定值逐漸下降，轉子電流產生的磁場將在定子繞組中產生反向電動勢，形成反饋電壓。同一母線有多臺電機時，由于各電機容量、負載特性等情況不同，母線電壓為所有電機的合成反饋電壓，此時的母線電壓為殘壓，殘壓的頻率和幅值將逐漸衰減（圖1）。

圖1 母線殘壓特性

假設工作與備用電源同相，其電壓相量端點為A，則母線失電后殘壓的端點將沿殘壓曲線由A 向B 方向螺旋狀移動，B 點的情況不在此贅述。若能在A～B 段內合上備用電源，則既能保證電機安全，又不使電機轉速下降太多，這就是所謂的“快速切換”。在實現快速切換時，廠用母線的電壓降、電機轉速下降都很小，由電機群起造成的備用電源自啟動電流也不大。

2 事件經過

2017 年3 月21 日11 時30 分，1 號機組（機組容量1000 MW）啟動后并網，升負荷至150 MW 運行，主要運行參數如下：發電機有功150 MW，無功12.1 MVar，主蒸汽壓力6.76 MPa，主蒸汽溫度420 ℃，給水流量1096 t/h，6 大風機運行，總風量1549 t/h，6臺磨煤機中的4 臺運行，總煤量116 t/h，一次調頻未投入。運行人員按照啟機流程進行廠用電源切換操作（備用切工作，共4 段母線），先由遠方DCS 切換6 kV 11 段母線，切換正常；當切換至6 kV 12 段時，其工作電源進線斷路器未合閘，DCS 報切換失敗，復歸后再次切換仍失敗。

檢修人員在就地繼電器室檢查兩套發變組保護裝置無動作閉鎖快切信號，高壓開關室檢查6 kV 12 段工作進線斷路器綜合保護無報警，各指示燈正常，斷路器在工作位，裝置電源及控制電源空開在合位，發現6 kV 12 段工作進線斷路器間隔有焦糊味。將該斷路器拉出倉外進一步檢查發現合閘線圈燒損，操作機構及傳動部分未見異常，二次回路無異常。

3 檢查試驗

該機組6 kV 工作電源進線斷路器及備用電源進線斷路器使用的是鎮江大全伊頓生產的NVU12-3150 A/50 kA 型真空斷路器，控制電源DC 110 V；對更換合閘線圈后的6 kV 12 段工作進線斷路器進行試驗如下。

3.1 直阻測量

使用FLUKE F107 型數字式多用表對合閘回路各個斷點直阻進行測量，結果見表1。

表1 工作進線開關快切合閘回路各點直阻測試數據

3.2 壓降測試

使用ONLLY-AT743 型繼電保護測試儀和FLUKE F107 型數字式多用表對二次回路各斷點分壓進行測量，考慮回路電流過大可能燒線圈，加40 V 電壓模擬，測量結果見表2。合閘線圈分壓比約為81.90%。

表2 工作進線快切合閘回路各點壓降測試數據

3.3 快切裝置試驗

（1）正常切換：運行人員在遠方經DCS 將工作電源切換到備用電源，切換結果正常；將備用電源切換到工作電源，切換結果正常。

（2）事故切換：檢修人員模擬A 套發變組保護動作啟動快切，快切裝置自動斷開工作電源進線612 斷路器，合上備用電源進線612 斷路器，切換結果正常。

小結：快切裝置合閘脈寬測試正常，動作切換正常。

3.4 斷路器低電壓動作測試

斷路器在試驗位置及倉外，分別在綜保端子及斷路器本體A3 和A4 之間模擬加壓，期間通過晃動二次插頭，測得最低合閘電壓87 V，85 V 可靠不動作。斷路器特性儀直流電電壓調整精度為2 V。

小結：通過試驗排除斷路器位置及二次插頭接觸不良等因素影響。

3.5 合閘錄波

遠方DCS 操作合閘，使用WFLC-VI 型便攜式電量記錄分析儀對斷路器本體A3 和A4 之間電壓進行錄波。

從波形看，合閘過程中A3 和A4 之間電壓20 ms 時對應72 V，30 ms 時86 V，40 ms 時96 V，穩態電壓113.9 V，實測斷路器合閘時間為43 ms，斷路器合閘過程中控制電源電壓未突變，斷路器合閘正常。合閘全過程波形如圖2 所示。從測量合閘回路壓降分析，合閘瞬間（0～20 ms）斷路器合閘端子A3 和A4 之間電壓為81%額定電壓，20 ms 后斷路器合閘端子A3 和A4 之間電壓為95%以上額定電壓，滿足可靠合閘電壓條件。

圖2 合閘全過程波形

小結：開關動作過程中未發現控制電源電壓波動，排除合閘過程中對直流系統電壓的影響。

4 原因分析

此次廠用電切換不成功的直接原因為工作進線斷路器未合閘，合閘線圈線徑小，經運行人員兩次操作線圈長期通過大電流發熱燒損。

合閘線圈燒損原因大致分為兩類：①斷路器機構故障，如斷路器本體傳動連桿、導電桿卡澀，或操作機構連接配合不好，頂點偏高等；②輔助開關行程位置不當，如合閘過程中輔助接點未能及時打開、拉弧，導致合閘回路長期通電。

經檢查，本次未合閘原因排除了傳動連桿卡澀及輔助接點問題，分析為斷路器合閘線圈分壓在可靠合閘電壓要求的臨界值，造成合閘不可靠。GB/T 11022—2011 規定真空斷路器合閘脫扣器可靠動作范圍為80%～110%UN，且≤30%UN 不應脫扣。由數據分析得知斷路器合閘線圈分壓約為80%，外回路包括閉鎖回路因電纜較長分壓較大（約占20%），斷路器合閘過程中合閘線圈分壓大約在可靠合閘電壓的臨界值，導致斷路器合閘不穩定，合閘成功率不高。由于直流系統及蓄電池組電壓設置恒定無法調整，需要通過其他途徑如降低開關合閘電壓解決此問題。

5 解決措施與對策

對工作進線斷路器傳動連桿等機構進行調整后進行低電壓動作試驗，測得各段工作電源進線斷路器最低可靠合閘電壓在77～80 V，降低了6～7 V，試驗結果顯示均能可靠合閘。使用KJ-N 高壓斷路器機械特性測試儀測量6 kV 工作電源進線斷路器試驗數據（機構調整后）見表3。

表3 6 kV 工作電源進線斷路器試驗數據（機構調整后）

由表3 實測數據可知，保護閉鎖回路直阻較大，線路較長，后續考慮利用該回路電纜備用芯并聯方式以減小閉鎖回路直阻，從而降低外回路分壓，達到提高合閘線圈分壓的目的。

此次故障發生在正常切換廠用電源過程中，即遠方經DCS將備用電源切換至正常工作電源；若備用電源進線開關存在問題，在事故切換時切換失敗造成的后果將不可想象，因此針對備用電源進線開關也需做同樣檢查試驗，徹底消除存在的隱患。

6 結束語

廠用電電源無論在正常切換還是事故切換，都存在各種原因導致切換失敗的可能性，所以廠用電電源切換本身就存在母線失電風險。因此除了對快切裝置的常規檢查及試驗外，建議對廠用電電源進線及備用進線斷路器控制回路分壓情況進行測試，對不滿足最低合閘電壓的回路進行分析，運行5 年以上斷路器本體的內導電桿、傳動連桿和輔助接點等機構列入檢修項目，定期更換合閘線圈，動態跟蹤斷路器最低合閘電壓變化，并消除各種因素造成的隱患，以提高廠用電源切換可靠性。