發電機ZN40A－A0Z真空斷路器主回路電阻超標故障分析及處理

趙建軍 鄭貞芬

（浙江省江山市碗窯水庫管理局碗窯二級（須江）電站，浙江 衢州324100）

0 引言

對于容量較小的農村小型水電站，發電機通常采用6.3kV電壓等級，經6.3/10.5kV或6.3/35kV的升壓變壓器將電能輸送到農網中，向更高電壓等級電網系統或終端負荷供電。主回路電阻是評估開關柜中6.3kV斷路器運行工況性能的重要特性參數，根據GB3906—1991《3～35kV交流金屬封閉開關設備》、DL/T596—2005《電力設備預防性試驗規程》等相關規范要求，需要在出廠、交接、初次投運、運營等過程進行預防性試驗，評估斷路器開關是否具有良好的運行工況性能，以確保水電站6.3kV發電系統運行具有較高的安全可靠性和節能經濟性。

1 ZN40A－A0Z真空斷路器運行現狀分析

1.1 工程概況

某農村小水電站裝機容量為5 000 k W，采用2臺型號為SF－J2500－18/2600、2 500 k W、6.3kV、286 A、cosφ＝0.8的立式水輪發電機組，主接線為單母線擴大單元接線方式，經1臺S9－6300/35、6.3/35kV的升壓變壓器與當地35kV農網連接。

1.2 斷路器類型選擇

為了確保發電機安全穩定運行，需要在發電機出口側裝設斷路器以完成同期并網、短路保護等功能。根據GB1984—2003《高壓交流斷路器》中的相關規定：小容量的發電站（裝機容量在30 MVA以下），從技術、經濟等角度進行綜合分析，選用配電型真空斷路器完全可以完成發電機出口保護功能。結合水電站的實際情況，該發電機組出口側選用ZN40A－A0Z、1 250 A、25 k A的戶內高壓交流真空斷路器，滿足發電機在正常或事故工況下的各種操作和保護要求。ZN40 A－A0Z裝設在KYN29－12型室內高壓開關柜中，柜內搭配LZZBJ9－12Q、400/5 A型互感器等發電電壓設備。

1.3 運行現狀

在發電機、開關柜、變壓器等設備安裝調試完畢后，水電站于2000年5月15日并網投運，真空斷路器各種監測指標顯示正常，運行良好。發電機滿負荷運行電流為286 A，斷路器額定電流為1 250 A，斷路器選型合理。投運后進行開關設備預防性試驗時，發現斷路器主回路電阻不斷增加，存在異常；而且在最近一次預防性試驗中，檢測到發電機處于滿負荷運行工況時，1#發電機柜和2#發電機出口斷路器主回路電阻指標均超過相關規范和廠家要求的100μΩ。采用紅外熱成像儀進行測試，發現1#開關柜表面溫度達到65℃，運行維護人員無法直接接觸到柜體表面，估計斷路器內部觸頭部位溫度已超過GB763—90《交流高壓電器在長期工作時的發熱》中的最大允許運行溫度值（90℃），且在發電機帶負荷發電過程中，柜內還存在異常的振動噪音。在出廠和交接環節中，發電機斷路器開關柜性能良好，初步認為該斷路器主回路電阻超標異常屬于隱蔽性故障，且在后期發電運行過程中不斷惡化。為確保發電任務順利完成，急需在枯水期找出斷路器異常原因。

2 ZN40A－A0Z真空斷路器主回路電阻超標原因分析

2.1 預防性檢測數據

電站檢修維護人員選擇處于枯水期的1月15日對此2臺發電機斷路器柜進行全面檢修維護。在進行發電機停運預防性試驗時，發現1#發電機斷路器柜和2#發電機斷路器柜的主回路電阻存在嚴重超標問題，且1#柜面溫度較高，具體實測數據如表1所示。

表1 6.3 kV發電機斷路器主回路電阻及柜面溫度檢測值

由表1可知，1#發電機斷路器柜三相電阻超標較為嚴重，分別為4 256μΩ（A相）、3 687μΩ（B相）、3 168μΩ（C相），超標最為嚴重的A相超標值達到42倍（以廠家的100μΩ為標準）以上。結合柜面溫度數據，推測1#發電機斷路器柜柜內觸頭溫升超過GB763—90允許的最大溫度（90℃）要求。6.3kV發電機出口斷路器開關柜中的ZN40A－A0Z斷路器主回路電阻嚴重超標，直接危害到斷路器乃至發電機組的安全穩定運行，影響到水電站整個發電及升壓變電系統的安全可靠、節能經濟運行。

2.2 原因分析

為了找出ZN40A－A0Z真空斷路器主回路電阻超標的原因，1月15日下午在一切檢修程序滿足要求后，決定進行停電檢查以了解開關柜內部的異常情況。抽出1#斷路器檢查發現，銅排外側的熱縮絕緣套部分已經脫落，同時銅排上有明顯過熱灼燒痕跡。若以發電機滿負荷運行工況電流286 A、導電回路電阻0.004 2Ω進行計算，則發熱功率為：

相當于一個小型電熱爐長期烘烤設備。在進一步深入檢查后，斷路器動觸頭與觸指彈簧間存在大量干涸的導電膏。初步判斷干涸的絕緣導電膏引起1#斷路器開關觸頭不斷發熱，并伴隨開關觸頭表面接觸不良引起開關柜接觸電阻增加，導致開關柜主回路電阻增加和溫升效應加劇。檢查2#發電機出口斷路器發現同樣存在1#斷路器的問題。

在檢查1#和2#斷路器柜不存在其他問題后，結合動觸頭表面已存在灼傷且殘留大量導電膏等現象，通知廠家到場進行后期維護處理。

3 ZN40A－A0Z真空斷路器主回路電阻超標的處理

KYN29－12開關柜和ZN40A－A0Z斷路器廠家代表到達現場后，由于現場沒有進一步深入解體或進行深度檢測的工具，決定將ZN40A－A0Z真空斷路器從柜體中解除，返廠進行深入檢測。經廠家傳真反饋確定是開關內部機構存在問題，在操作過程中導致導電膏溢出。確定故障原因后，決定采用同型號新批次斷路器進行全面更換處理。待更換設備各項出廠試驗指標滿足要求后，重新托運到水電站現場。現場安裝調試并通過各項交接試驗后，將1#和2#發電機ZN40A－A0Z斷路器重新復位并網運行，在發電機帶滿負荷運行一段時間后重新對斷路器主回路電阻進行停電檢測，結果如表2所示。

表2 故障處理后斷路器主回路電阻測量值

由表2可知，6.3kV側發電機斷路器柜中的ZN40A－A0Z真空斷路器在經同型號設備更換處理后，其主回路電阻測量值均有效降低到60μΩ左右，滿足相關規范和廠家指導指標，斷路器主回路電阻超標故障得到有效解決。

4 結語

KYN29－12開關柜在使用過程中，其動觸頭、靜觸頭、操作結構等，各接點位置均存在接觸不良的可能性。因此，在設備選材、出廠、交接、安裝、調試以及運行等環節中，均需要利用主回路電阻值來合理判斷斷路器開關設備的工況性能。只有結合主回路電阻測量值和紅外溫度等數據，科學地分析和處理，才能確保斷路器等開關設備具有良好的性能水平，確保整個水電站安全可靠、節能經濟、高效穩定地運行。

［1］楊宇峰，趙芝清，徐輝煌.回路電阻測量對控制開關柜回路缺陷作用的分析［J］.電工電氣，2013（5）

［2］韓建偉.隔離開關回路電阻超標原因分析［J］.農村電工，2009（8）