高壓電動(dòng)機(jī)故障引起的6kV廠用電失電分析

黃巖晶

（徐州華潤(rùn)電力有限公司，江蘇 徐州 221142）

大部分發(fā)電廠的高壓廠用電6kV 系統(tǒng)均采用不接地運(yùn)行方式，當(dāng)運(yùn)行操作和發(fā)生接地故障后因電壓互感器（TV）鐵磁諧振，TV 一次保險(xiǎn)熔斷，造成6kV廠用母線短時(shí)失電，若運(yùn)行人員調(diào)整不及時(shí)會(huì)引起機(jī)組跳閘。由于現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況千變?nèi)f化，此類(lèi)故障還時(shí)有發(fā)生，以下對(duì)此現(xiàn)象進(jìn)行分析。

1 故障經(jīng)過(guò)

2013年1月4日5時(shí)1分，1號(hào)發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行，6kV 廠用電由1 號(hào)高壓廠用變壓器接帶，機(jī)組帶243 MW 有功負(fù)荷運(yùn)行。運(yùn)行人員在啟動(dòng)1E磨煤機(jī)電動(dòng)機(jī)時(shí)，集控室電氣BTG 盤(pán)上“A 屏TV 斷線”，“B 屏TV 斷線”，“6kV 廠用母線TV綜合保護(hù)裝置故障”光字牌報(bào)警。12號(hào)一次風(fēng)機(jī)、12號(hào)送風(fēng)機(jī)、12號(hào)前置泵、1C磨煤機(jī)、1D磨煤機(jī)、1E磨煤機(jī)、13號(hào)漿液循環(huán)泵跳閘，12號(hào)引風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖跳閘，遠(yuǎn)方、就地啟動(dòng)13號(hào)電動(dòng)給水泵無(wú)效，機(jī)組有功負(fù)荷降至141 MW。

2 現(xiàn)場(chǎng)檢查

現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)6kV 廠用電12段快切裝置動(dòng)作，6kV 廠用電12段電源由1號(hào)高壓廠用變壓器接帶自動(dòng)切至6kV 公用02段供電；就地開(kāi)關(guān)室檢查發(fā)現(xiàn)備612分支TV 零序過(guò)電壓信號(hào)繼電器動(dòng)作，6kV 廠用電12段母線TV、1號(hào)高壓廠用變壓器低壓側(cè)12 號(hào)分支TV 三相一次保險(xiǎn)（共6只）熔斷，測(cè)量上述兩TV 絕緣正常。

2.1 1E磨煤機(jī)檢查

因故障為啟動(dòng)1E磨煤機(jī)時(shí)出現(xiàn)，故對(duì)1E磨煤機(jī)開(kāi)關(guān)、電機(jī)進(jìn)行檢查、分析，動(dòng)作報(bào)告見(jiàn)表1－3。

表1 1E磨煤機(jī)開(kāi)關(guān)綜合保護(hù)動(dòng)作報(bào)告

表2 1E磨煤機(jī)綜合保護(hù)啟動(dòng)報(bào)告

表3 1E磨煤機(jī)綜合保護(hù)變位信號(hào)

通過(guò)分析表1－3可知，1E 磨煤機(jī)開(kāi)關(guān)特性試驗(yàn)正常，電機(jī)繞組對(duì)地絕緣正常，進(jìn)一步檢查1號(hào)E磨煤機(jī)電機(jī)UV、VW 相直阻超標(biāo)（2 500 V搖表，0.5～1 MΩ），初步判斷為電機(jī)V 相繞組斷相，后經(jīng)電機(jī)解體檢查后確認(rèn)為電機(jī)端部繞組燒損。

2.2 6kV 廠用12段檢查

6kV 廠用12段快切裝置檢查結(jié)果見(jiàn)表4，6 kV 廠用12段母線TV 綜合保護(hù)裝置檢查動(dòng)作記錄見(jiàn)表5。

表4 6kV廠用12段快切裝置檢查結(jié)果

表5 母線TV綜合保護(hù)裝置動(dòng)作記錄

從表4、表5中數(shù)據(jù)變化可看出，6kV 廠用12段母線TV 綜合保護(hù)裝置的動(dòng)作記錄與1E 磨煤機(jī)綜合保護(hù)的報(bào)警信息及變?yōu)樾盘?hào)是吻合的，也進(jìn)一步說(shuō)明本次母線短時(shí)失電是由于1E 磨煤機(jī)電機(jī)故障引起的。

2.3 發(fā)電機(jī)變壓器組保護(hù)檢查

發(fā)電機(jī)變壓器組保護(hù)A、B 柜均發(fā)出B 分支TV 斷線信號(hào)和動(dòng)作記錄。斷線信號(hào)和動(dòng)作記錄與6V 廠用12段母線TV 綜合保護(hù)裝置的動(dòng)作記錄保持一致，再次驗(yàn)證本次故障是電動(dòng)機(jī)故障造成的。

3 故障原因分析

3.1 母線TV 一次保險(xiǎn)熔斷

啟動(dòng)1號(hào)E 磨煤機(jī)電機(jī)時(shí)，因電機(jī)繞組本身質(zhì)量問(wèn)題或啟動(dòng)力矩過(guò)大發(fā)生不連貫斷相，電機(jī)負(fù)序電流二段保護(hù)雖超過(guò)20%Ie，但持續(xù)時(shí)間未超過(guò)20s，保護(hù)未能動(dòng)作跳閘。同時(shí)斷相處間歇性對(duì)定子鐵心弧光接地，未接地相對(duì)地電壓升高倍，對(duì)于Y0－Y0接線，TV 的一次電流為勵(lì)磁電流，而勵(lì)磁電流的大小與電壓成正比，電壓突然升高會(huì)出現(xiàn)很大勵(lì)磁涌流，當(dāng)鐵心達(dá)到飽和后勵(lì)磁電流大大增加［1］。如果是單相間歇性電弧接地會(huì)產(chǎn)生超低頻鐵磁諧振，超低頻鐵磁諧振是在單相接地故障消失瞬間，電網(wǎng)對(duì)地電容與電壓互感器勵(lì)磁電感產(chǎn)生的一種短暫電磁振蕩。將可能產(chǎn)生數(shù)倍的過(guò)電壓，TV 鐵心嚴(yán)重飽和，勵(lì)磁電流會(huì)迅速增大而引起一次側(cè)熔絲熔斷。從母線TV 綜合保護(hù)動(dòng)作報(bào)告可看出6kV 廠用電12段母線電壓波動(dòng)（最高達(dá)7.7kV 線電壓，若為金屬性接地時(shí)，電壓相當(dāng)于TV 對(duì)地相電壓），造成6kV 廠用電12段母線TV、1號(hào)高壓廠用變壓器12分支TV三相一次保險(xiǎn)熔斷（從電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)顯示為U 相先熔斷）。待母線電壓低于額定電壓的40%時(shí)，6 kV廠用電12段廠用電快切裝置啟動(dòng)跳工作分支612開(kāi)關(guān)，母線電壓低于額定電壓的25%時(shí)，滿足殘壓切換定值，合上備用電源備612開(kāi)關(guān)。

故障前均是在6kV 廠用段母線TV 開(kāi)口三角處并聯(lián)一只220V／200W 消諧燈泡。對(duì)于間歇性接地再次激發(fā)的諧振和其他原因引起的間隔時(shí)間較短的諧波諧振，可能會(huì)由于白熾燈先已發(fā)熱而使電阻顯著增大，以致有時(shí)不能起消除諧振（主要是分頻諧振）的作用，這次故障充分說(shuō)明簡(jiǎn)單的利用消諧燈泡不能可靠消除故障。

3.2 啟動(dòng)13號(hào)電動(dòng)給水泵無(wú)效

13號(hào)電動(dòng)給水泵開(kāi)關(guān)的綜合保護(hù)裝置接入了母線低電壓保護(hù)，開(kāi)關(guān)因保護(hù)始終有跳閘開(kāi)出，導(dǎo)致開(kāi)關(guān)合閘不成功，因此，事故后緊急啟動(dòng)13 號(hào)電動(dòng)給水泵不成功。

3.3 磨煤機(jī)電動(dòng)機(jī)故障

從1E磨煤機(jī)、母線TV 綜合保護(hù)報(bào)告可以看出：1E 磨煤機(jī)啟動(dòng)到母線TV 綜合保護(hù)發(fā)出斷線告警共持續(xù)了70.098s，在此期間TV 二次電壓因1E磨煤機(jī)定子繞組弧光接地鐵磁諧振造成電壓幅值和相位的畸變，04：57：25.065時(shí)造成U 相TV 一次保險(xiǎn)熔斷，經(jīng)15s后，04：57：40.179發(fā)出TV 斷線告警信號(hào)，閉鎖低電壓保護(hù)出口。由于故障點(diǎn)尚未切除，受一次電壓波動(dòng)和TV 二次回路耦合的影響，TV 斷線告警閉鎖信號(hào)自動(dòng)解除。

04：57：57.307（TV U相一次保險(xiǎn)熔斷后32.242s），W 相一次保險(xiǎn)熔斷，04：57：58.314，低電壓保護(hù)二段動(dòng)作，切除6kV 廠用12段廠用輔機(jī)。

6kV 廠用12段母線保護(hù)“TV 斷線報(bào)警”到“低電壓二段出口”共用時(shí)26.638s，1E 磨煤機(jī)保護(hù)“TV 斷線報(bào)警”到“變位信號(hào)分閘完成”共用時(shí)26.655s，時(shí)間上完全吻合。從電機(jī)修理廠家解體后提供的照片可以看出電機(jī)繞組燒熔及對(duì)地放電痕跡，與上述分析基本吻合。

1E磨煤機(jī)電機(jī)在2011年11月因定子繞組燒毀大修過(guò)，此次的問(wèn)題暴露出上次電機(jī)修理質(zhì)量不過(guò)關(guān)，電機(jī)大修后絕緣能力比原電機(jī)絕緣能力要下降較多。另外磨煤機(jī)最近一段時(shí)間因頻繁斷煤，電動(dòng)機(jī)頻繁帶載啟動(dòng)也是造成電機(jī)定子繞組松動(dòng)斷裂、絕緣水平下降的主要原因。

綜合以上情況說(shuō)明本次故障的主要原因是1E磨煤機(jī)電動(dòng)機(jī)本身的質(zhì)量問(wèn)題。

4 處理措施及效果

故障發(fā)生后，更換了6kV 廠用電12段母線TV、1號(hào)高壓廠用變壓器低壓側(cè)12號(hào)分支TV 三相一次保險(xiǎn)（共6 只），6kV 廠 用 電12 段 母 線 電壓、1號(hào)高壓廠用變12分支電壓正常后將6kV 廠用電12段母線由6kV 公用段供電倒由1號(hào)高壓廠用變供電。

對(duì)該故障電機(jī)進(jìn)行返廠大修，修后經(jīng)全面檢查及電氣相關(guān)試驗(yàn)合格后已投入正常運(yùn)行。在以后電機(jī)的常規(guī)維護(hù)保養(yǎng)及大修檢查時(shí)一定要嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，特別是送出外委修理的電機(jī)要盡可能選擇信譽(yù)度高、質(zhì)量信得過(guò)的單位承攬，以免因電機(jī)檢查不到位或檢修質(zhì)量不良留下嚴(yán)重的安全隱患。

經(jīng)過(guò)分析、調(diào)研，利用機(jī)組調(diào)停、檢修的計(jì)劃，陸續(xù)將全廠6kV 母線TV 柜內(nèi)加裝微機(jī)消諧裝置替代前期使用的消諧燈泡，該裝置也稱(chēng)二次消諧器，安裝在TV 的開(kāi)口三角繞組上，正常運(yùn)行或者發(fā)生單相接地時(shí)，裝置不動(dòng)作，一旦判斷系統(tǒng)發(fā)生鐵磁諧振，便使正反并聯(lián)在開(kāi)口三角兩端的兩只晶閘管交替過(guò)零觸發(fā)導(dǎo)通，限制和阻尼鐵磁諧振，諧振消除后自動(dòng)復(fù)位。加裝消諧裝置至今已一年多，期間也出現(xiàn)過(guò)幾次類(lèi)似的設(shè)備故障，但未再出現(xiàn)造成母線失電的情況。

5 結(jié)束語(yǔ)

火力發(fā)電廠因轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備較多，日常生產(chǎn)中會(huì)遇到各種各樣的設(shè)備問(wèn)題，從本次故障分析及處理可以看出，高壓電動(dòng)機(jī)的質(zhì)量不容忽視，應(yīng)嚴(yán)把高壓電動(dòng)機(jī)檢修質(zhì)量關(guān)，加強(qiáng)對(duì)電機(jī)全方位的運(yùn)行管理，使電機(jī)達(dá)到健康運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)廠用電系統(tǒng)應(yīng)采取可靠的諧波消除措施，保證發(fā)電廠安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，避免類(lèi)似問(wèn)題再次發(fā)生。

［1］電力系統(tǒng)運(yùn)行操作和計(jì)算［M］.沈陽(yáng)：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，1996.