高壓電機繼電保護不當引起的事故處理

張建飛

承德建龍特殊鋼有限公司能源中心 河北興隆縣

《電力裝置的繼電保護和自動裝置的設計規范》GB/T 50062—2008中9.0.1條明確規定：對3kV以上異步和同步電機出現的一些故障和異常運行方式（如定子繞組相間短路、定子繞組單相接地和定子繞組過負荷等），應裝設保護裝置。但實際使用中，部分企業因重視不夠或設置不合理，未按要求投入相應保護，使小故障發展為大事故，給企業造成巨大損失。

1.事故經過

某制氧廠制氧作業區值班人員發現空壓機在沒有任何工藝報警情況下突然停機。電氣技術人員檢查發現電機冷卻器和電機本體結合處有黑煙冒出，并有電器絕緣材料高溫燒損的氣味。經檢測，三相繞組接地，查看電機高壓綜保監控記錄，發現一段PT零序動作信號、母聯速斷保護動作信號、電機C相比率差動動作信號、電機差動速斷動作信號和電機正序電流動作信號。拆下電機冷卻器和前后端蓋，發現電機C相線圈后面有一根引出線崩斷，前端匝間短路、定子和電機外殼之間有一定量銅碎末。確認電機燒毀且現場不能修復，檢查前后軸瓦及空冷器良好。事故造成煉鋼和軋鋼生產線停產近44h，電機修復時間達1個月，損失巨大。

2.原因初判

故障電機是YKS710-4型普通異步交流電機（功率3600kW、電壓等級6kV、額定電流405.1A、轉速1491r/min、絕緣等級F、空水冷卻）。此前已運行4年，使用中未見異常。生產單位分析電機燒毀原因如下。

（1）操作運行方面。當日值班作業長在巡視完主控室及供水系統，交接班后一切正常。電機的電壓、電流、定子鐵芯溫度分別是6.2kV、340A和61～68℃（共6個測溫點），均無較大變化。在電機停機同時（3s內），電機鐵芯溫度（TIA3027）升高到98.8℃。值班人員在工藝停機操作完成后，通知相關人員，事后查看電腦監控記錄（可保存7天），未發現違章操作現象。據此排除操作運行引起電機故障的可能。

（2）外部電網及操作方面。當日夜間無雷雨，排除大氣過電壓擊穿電機絕緣的可能。各生產線生產正常進行，沒有啟動高壓設備的廠（車間），排除操作過電壓的可能。1個月前，通往制氧廠的電纜出現B相接地（施工造成），但在規定時間段內停機進行了處理，按電力設備運行規程，不應對電機產生較大損傷。

（3）電機綜保方面及110kV變壓站。制氧電源取自公司110kV變電站，母線分段（Ⅰ、Ⅱ），電機故障時的綜保裝置記錄如下。

0：42：36 I段 PT 零序動作

0：45：16 母聯速斷保護動作

0：45：17 電機C相比率差動動作

0：45：17 電機差動速斷動作

0：45：17 電機正序電流動作

從上述記錄可知，該電機保護裝置均已動作，證實綜保裝置正常。110kV變電站在0：42，6kV母線B相出現1個接地信號，0：45時，6kV所帶水泥廠、D100空壓機甩負荷，但開關未動作。

（4）電機方面。對冷卻器進行打壓試驗，不漏水。查看記錄，電機鐵芯溫度均不超過70℃，F級絕緣可達140～150℃，也排除高溫導致絕緣迅速老化擊穿的可能。

生產單位根據110kV變壓站及電機綜保歷史記錄，結合電機解體，分析電機BC相線圈在制造時存在絕緣薄弱點，由于長期運行使其老化擊穿，形成匝間短路、接地，隨后B、C相短路。最終判定電機燒毀是其制造質量引起。

3.原因確定

通過上述材料可以看出，電機匝間短路燒毀電機的理由過于牽強，應該是電機絕緣薄弱地點接地，因接地保護不完備使事故擴大化，造成電機燒毀。電機綜保裝置記錄中沒有電機接地告警和接地跳閘的記錄，而110kV變電站和制氧廠的綜保記錄均有I段PT零序動作的記錄，而且此接地記錄與母聯速斷動作的時間竟相差2分40秒，即從定子繞組接地發展到繞組相間短路近3min。在恢復生產過程中，檢查電路和電氣設備，除電機繞組內部接地外，沒有發現其他接地點。

《繼電保護和安全自動裝置技術規程》GB/T 14285—2006中的異步和同步電機保護，4.13.3條規定“對于單相接地，當接地電流＞5A時，應裝設單相接地保護。單相接地電流為≥10A時，保護動作于跳閘；單相接地電流＜10A時，保護可動作于跳閘也可動作于信號”。由于該廠電纜線路長，接地總電流達到幾十安，而消弧設備不完善，在大電弧電流作用下，電機絕緣損壞相間短路而跳閘。實際上由電機的修理也證實了這點，由于電機長時間大電流接地，電機鐵芯大面積燒傷。經鐵芯鐵耗試驗，局部溫升嚴重超標，必須進行更換鐵芯處理，增加了修理難度、時間和修復費用。因此，為避免電機繞組接地故障對定子鐵芯的損傷，必須采取相應措施。對于中性點不接地的10（6）kV配電系統，安裝消弧線圈以補償接地電容電流，減小接地點電流的危害。考慮到消弧線圈有可能退出運行，因此不考慮消弧線圈的作用，只要接地電容電流＞10A，電機的單相接地保護必須作用于跳閘，當電機繞組接地時，繼電保護動作，切斷電機主回路，可靠保護電機。

4.結束語

正確配置和設定繼電保護是電氣管理的重要任務，特別是接地保護由于設計、安裝及定值整定不規范很容易誤動。有些企業為少影響生產，不考慮所處電網實際狀況，不按要求配置接地保護或盲目將保護退出運行。這樣一旦發生事故，反而使問題擴大化，給企業帶來不應有的損失。因此，在工作中一定要弄清各種繼電保護的基本原理和目的，嚴格執行有關規范和規程要求，這樣才能充分發揮繼電保護的作用，確保企業電力系統安全可靠運行。 W13.12-23