6kVF+C開(kāi)關(guān)分合閘異常分析

王勁松，孫 洵，王 鵬

(淮滬煤電有限公司田集發(fā)電廠(chǎng)，安徽 淮南 232098)

6kVF+C開(kāi)關(guān)分合閘異常分析

王勁松，孫 洵，王 鵬

(淮滬煤電有限公司田集發(fā)電廠(chǎng)，安徽 淮南 232098)

介紹了一起6 kV F+C開(kāi)關(guān)異常分合閘事故。通過(guò)對(duì)裝置的檢查和分析，確定了事故的原因，提出了在F+C開(kāi)關(guān)、控制邏輯和繼電保護(hù)配合中需要采取的整改措施，以避免開(kāi)關(guān)出現(xiàn)異常時(shí)造成相關(guān)電氣設(shè)備的損毀事故。

異常分合閘；F+C開(kāi)關(guān)；控制邏輯；繼電保護(hù)

1 概述

與真空斷路器相比，F(xiàn)+C開(kāi)關(guān)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、占用空間小、使用維護(hù)方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此在現(xiàn)代大型發(fā)電廠(chǎng)中被廣泛使用，常見(jiàn)為高壓電動(dòng)機(jī)的電源開(kāi)關(guān)。隨著分合次數(shù)的增加，尤其是在頻繁啟、停的電動(dòng)機(jī)(如輸煤系統(tǒng)皮帶機(jī))中，F(xiàn)+C開(kāi)關(guān)暴露出一系列問(wèn)題。這些問(wèn)題必須引起足夠重視，并采取相應(yīng)補(bǔ)救措施，以避免造成電氣設(shè)備的損毀。

2 異常現(xiàn)象

2011-11-18，在啟動(dòng)某廠(chǎng)區(qū)6 kV A段輸煤皮帶機(jī)7 A電動(dòng)機(jī)時(shí)，維護(hù)人員發(fā)現(xiàn)該開(kāi)關(guān)間隔繼電保護(hù)裝置出現(xiàn)跳閘信號(hào)，而此時(shí)開(kāi)關(guān)仍處于合閘狀態(tài)，電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行。

在檢查繼電保護(hù)裝置(GE F650)內(nèi)跳閘記錄，分析開(kāi)關(guān)跳閘時(shí)電流、電壓的波形和幅值變化趨勢(shì)及保護(hù)動(dòng)作事件記錄后可知，皮帶機(jī)7 A采用兩相式電流保護(hù)，僅記錄了A，C兩相電流的變化趨勢(shì)(電流互感器變比為：150 A/5 A)，B相電流未接入保護(hù)裝置。

由其電流波形變化圖可以看出：保護(hù)動(dòng)作(50/51P TRIP)前， Ia(A相電流)一直為0，Ic(C相電流)為305A；開(kāi)關(guān)跳開(kāi)后，Ic消失，延時(shí)188.3 ms后A，C相重新出現(xiàn)啟動(dòng)電流(Ia為360 A，Ic為390 A)。

該段母線(xiàn)電壓互感器采用V型接線(xiàn)，電壓通道實(shí)際接入線(xiàn)電壓。由電壓波形變化圖可以看出，在電流變化的過(guò)程中，3個(gè)電壓值均維持在100 V(二次值)，無(wú)明顯變化。

分析其保護(hù)動(dòng)作事件記錄的數(shù)據(jù)可知：當(dāng)日13:28:06:148，皮帶機(jī)7A啟動(dòng)結(jié)束，開(kāi)放堵轉(zhuǎn)保護(hù)(Locked Rotor Block OFF)，此時(shí)Ia為0，Ic為306 A，Ig(接地零序電流)為0。由于此時(shí)C相電流超出堵轉(zhuǎn)保護(hù)動(dòng)作門(mén)檻,于13:28:06:167堵轉(zhuǎn)保護(hù)啟動(dòng)(Locked Rotor1 PKP)，經(jīng)保護(hù)動(dòng)作延時(shí)1 s后，于13:28:07:155堵轉(zhuǎn)保護(hù)出口(Locked Rotor1 OP)跳閘，13:28:07:219開(kāi)關(guān)主觸頭徹底斷開(kāi)，各相電流均為0；13:28:10:411 A，C相電流為16 A(啟動(dòng)結(jié)束后的正常運(yùn)行電流)。

Ic在保護(hù)動(dòng)作前沒(méi)有明顯畸變且在穩(wěn)定值，電壓波形正常，Ig一直為0，表明在保護(hù)動(dòng)作(50/51P TRIP)時(shí)，并未發(fā)生相間短路或接地短路故障。開(kāi)關(guān)跳開(kāi)后相電流消失，經(jīng)歷短暫延時(shí)后A，C相電流同時(shí)出現(xiàn)，并完成電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，說(shuō)明開(kāi)關(guān)進(jìn)行了再次合閘。

3 異常原因分析

通過(guò)以上分析可知，保護(hù)動(dòng)作的原因是電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)過(guò)程中發(fā)生缺相，造成啟動(dòng)電流居高不下，經(jīng)啟動(dòng)延時(shí)(啟動(dòng)時(shí)間內(nèi)堵轉(zhuǎn)保護(hù)被閉鎖)后堵轉(zhuǎn)保護(hù)投入并啟動(dòng)，延時(shí)1 s動(dòng)作跳閘。

在開(kāi)關(guān)分閘后經(jīng)188.3 ms重新合上，由于F+C機(jī)構(gòu)經(jīng)歷1次分合動(dòng)作后，第2次合閘成功，電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。跳閘原因很明確，是由于6 kV F+C開(kāi)關(guān)主觸頭接觸不良所致，但第2次的自動(dòng)合閘原因不明。

11月23日，對(duì)皮帶機(jī)7 A開(kāi)關(guān)動(dòng)作特性、主觸頭接觸電阻進(jìn)行測(cè)試，同時(shí)對(duì)皮帶機(jī)7 A開(kāi)關(guān)控制回路的防跳繼電器進(jìn)行檢查，測(cè)試結(jié)果顯示僅F+C開(kāi)關(guān)主觸頭超程偏小，其余各項(xiàng)參數(shù)均正常。因此，觸頭超程偏小是造成主觸頭接觸不良的主要原因。

11月24日，經(jīng)實(shí)際運(yùn)行操作情況模擬，檢查PLC中開(kāi)關(guān)控制邏輯后，發(fā)現(xiàn)皮帶機(jī)7 A“啟動(dòng)指令”為展寬6 s的脈沖。PLC中開(kāi)關(guān)控制邏輯示意如圖1所示。

圖1 PLC中開(kāi)關(guān)控制邏輯示意

在“啟動(dòng)指令”發(fā)出后，且開(kāi)關(guān)在分位，輸出“合閘指令”；開(kāi)關(guān)合上后，“合閘指令”由“開(kāi)關(guān)分位”信號(hào)截止(但此時(shí)“啟動(dòng)指令”依然存在，直至6 s后自動(dòng)返回)。由于皮帶機(jī)7 A的啟動(dòng)時(shí)間為4 s，當(dāng)F+C開(kāi)關(guān)出現(xiàn)異常時(shí)，啟動(dòng)指令發(fā)出4 s后，堵轉(zhuǎn)保護(hù)投入。此時(shí)電動(dòng)機(jī)正處于缺相運(yùn)行狀態(tài)，電流值依然維持在啟動(dòng)電流水平，大于堵轉(zhuǎn)保護(hù)啟動(dòng)門(mén)檻，經(jīng)歷1 s保護(hù)延時(shí)后跳閘，開(kāi)關(guān)變?yōu)榉治唬皢?dòng)指令”尚未返回，于是馬上進(jìn)行第2次合閘。這就是開(kāi)關(guān)異常合閘的原因。

此種異常現(xiàn)象存在重大安全風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)橐坏┖祥l于故障時(shí)，再次合閘將可能徹底損毀故障的電氣設(shè)備，嚴(yán)重時(shí)可能危及機(jī)組安全運(yùn)行，因此必須采取措施避免此類(lèi)現(xiàn)象的發(fā)生。

4 整改措施

F+C開(kāi)關(guān)在結(jié)構(gòu)上有別于真空斷路器，其內(nèi)部沒(méi)有彈簧儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)，主觸頭的吸合完全憑借電磁力，主觸頭接觸可靠性略遜于真空斷路器，在經(jīng)歷頻繁操作后，主觸頭的超程會(huì)逐漸變小，發(fā)生接觸不良故障在所難免。為避免此類(lèi)異常造成設(shè)備損壞，現(xiàn)提出以下整改措施。

4.1 調(diào)整啟動(dòng)指令脈沖展寬時(shí)長(zhǎng)

對(duì)于F+C開(kāi)關(guān)或真空斷路器，其合閘時(shí)間均小于100 ms，若再計(jì)及指令繼電器動(dòng)作時(shí)間、合閘中間繼電器動(dòng)作時(shí)間等因素，在PLC中將啟動(dòng)指令設(shè)定為展寬1～2 s的脈沖信號(hào)，就能夠保證斷路器完成合閘操作。啟動(dòng)指令的展寬并不是隨意設(shè)置的，如果控制邏輯設(shè)計(jì)不夠完善，在某些特殊情況下會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重問(wèn)題。

當(dāng)設(shè)備一切正常時(shí)，對(duì)啟動(dòng)指令展寬時(shí)間并沒(méi)有特殊要求，一旦開(kāi)關(guān)合上后，開(kāi)關(guān)分位信號(hào)瞬間截止合閘指令，開(kāi)關(guān)合閘指令返回。但如果啟動(dòng)指令展寬設(shè)置不當(dāng)，則在啟動(dòng)指令返回前，無(wú)論何種原因開(kāi)關(guān)跳閘后，均會(huì)再次進(jìn)行合閘；一旦再次合閘于故障設(shè)備將嚴(yán)重?fù)p毀相關(guān)電氣設(shè)備。

4.2 增加保護(hù)動(dòng)作信號(hào)的閉鎖功能

為防止啟動(dòng)過(guò)程中保護(hù)動(dòng)作后的再次合閘，應(yīng)將保護(hù)動(dòng)作信號(hào)引入開(kāi)關(guān)合閘邏輯中，并對(duì)該信號(hào)增加保持功能，即在保護(hù)動(dòng)作后該信號(hào)需要手動(dòng)復(fù)歸，才能進(jìn)行下次合閘操作。

根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)程要求，用于DCS或PLC的SOE信號(hào)大多采用能瞬時(shí)返回的接點(diǎn)，當(dāng)其被引用于合閘邏輯閉鎖時(shí)，必須增加保持功能。此要求可以有效防止操作人員對(duì)故障設(shè)備的誤合閘，同時(shí)也可以提醒操作人員該設(shè)備已經(jīng)發(fā)生故障，需要進(jìn)行檢查確認(rèn)。

4.3 正確設(shè)置電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間

目前，有些智能程度高的繼電保護(hù)裝置能夠做到啟動(dòng)時(shí)間自適應(yīng)，但大多數(shù)繼電保護(hù)裝置內(nèi)還需要手動(dòng)配置電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)間參數(shù)。在繼電保護(hù)裝置設(shè)計(jì)原理中，為了提高堵轉(zhuǎn)保護(hù)(過(guò)電流保護(hù)低值)的動(dòng)作靈敏系數(shù)，通常將電動(dòng)機(jī)的堵轉(zhuǎn)保護(hù)(或過(guò)電流保護(hù)低值)在啟動(dòng)時(shí)間內(nèi)退出，若啟動(dòng)時(shí)間設(shè)置不當(dāng)將不利于設(shè)備安全運(yùn)行。

實(shí)際運(yùn)行中對(duì)于同一類(lèi)負(fù)荷，盡管電動(dòng)機(jī)實(shí)際啟動(dòng)時(shí)間相差不大，但電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間還是應(yīng)該采用實(shí)測(cè)數(shù)值。可使用帶數(shù)據(jù)記錄功能的示波表或數(shù)據(jù)記錄儀直接錄取啟動(dòng)電流波形，計(jì)算電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間。對(duì)多次測(cè)量的正常啟動(dòng)時(shí)間取其最大值，同時(shí)需要考慮運(yùn)行調(diào)整變化帶來(lái)的啟動(dòng)時(shí)間波動(dòng)，在配置時(shí)應(yīng)留有適當(dāng)時(shí)間裕度，一般放大1.3倍左右即可。

4.4 增加負(fù)序電流保護(hù)

對(duì)于采用三相式電流保護(hù)配置的F+C開(kāi)關(guān)間隔，應(yīng)優(yōu)先考慮開(kāi)放負(fù)序電流保護(hù)功能，充分利用負(fù)序電流保護(hù)自身的優(yōu)點(diǎn)，在設(shè)備出現(xiàn)異常或短路故障時(shí)，能夠瞬時(shí)切除，保障電氣設(shè)備的安全。

4.5 加強(qiáng)主觸頭超程變化的監(jiān)測(cè)與管理

由于F+C開(kāi)關(guān)固有的機(jī)械特點(diǎn)，其主觸頭動(dòng)作行程短，在經(jīng)過(guò)多次、頻繁分合后，會(huì)出現(xiàn)主觸頭超程偏小，導(dǎo)致合閘后因某相主觸頭接觸不良，進(jìn)入缺相運(yùn)行狀態(tài)，使得電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間大電流運(yùn)行，定子繞組發(fā)熱嚴(yán)重，危及電動(dòng)機(jī)繞組的絕緣性能。

在F+C開(kāi)關(guān)的日常檢修和維護(hù)中，對(duì)觸頭超程的測(cè)量和調(diào)整非常重要，對(duì)超程變小的開(kāi)關(guān)應(yīng)及時(shí)調(diào)整，避免運(yùn)行中出現(xiàn)問(wèn)題。

5 結(jié)論

在采取上述整改措施后，F(xiàn)+C開(kāi)關(guān)未再出現(xiàn)異常分合閘事件。

現(xiàn)在F+C開(kāi)關(guān)正在被大量使用，在充分利用其優(yōu)點(diǎn)時(shí)也應(yīng)該看到其結(jié)構(gòu)的局限性。只有通過(guò)對(duì)F+C開(kāi)關(guān)、控制邏輯和繼電保護(hù)參數(shù)的認(rèn)真梳理，消除其存在的安全隱患，做到F+C開(kāi)關(guān)、控制邏輯和繼電保護(hù)3者相互協(xié)調(diào)，才能實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備的安全運(yùn)行。

2014-06-10；

2014-08-16。

王勁松(1974-)，男，高級(jí)工程師，主要從事繼電保護(hù)專(zhuān)業(yè)工作，email：tiger_10301@163.com。

孫 洵(1976-)，男，技師，主要從事繼電保護(hù)專(zhuān)業(yè)工作。

王 鵬(1985-)，男，助理工程師，主要從事集控運(yùn)行工作。