交流電抗器工藝缺陷引起再生能裝置故障停機(jī)原因分析

（廈門(mén)軌道交通集團(tuán)有限公司，福建廈門(mén)市，361000）葉中桉 袁 俊

隨著我國(guó)城市軌道交通的不斷發(fā)展，對(duì)列車(chē)進(jìn)站剎車(chē)制動(dòng)電能再次吸收利用的裝置得到廣泛的應(yīng)用。而作為再生能裝置的重要組成部分，35kV能饋?zhàn)儔浩鞯蛪簜?cè)的的交流濾波電抗器，對(duì)絕緣水平要求較低，存在一定的隱患和缺陷。本文主要對(duì)再生能裝置的交流電抗器絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝進(jìn)行研究，指出引起再生能系統(tǒng)故障的問(wèn)題所在，提出解決的辦法和途徑，為軌道交通牽引供電系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行提供參考依據(jù)。

1 事故起因

2019年10月24日，某地鐵公司中央級(jí)PSCADA報(bào)：某35kV牽引變電站負(fù)極柜“再生能饋裝置框架泄露保護(hù)電流型I段動(dòng)作”、“再生能裝置聯(lián)跳信號(hào)動(dòng)作”，再生能饋系統(tǒng)故障停機(jī)，35kV 331開(kāi)關(guān)、DC1500V203開(kāi)關(guān)跳閘。故障造成該35kV牽引變電站再生能裝置退出運(yùn)行。

2 35kV變電所保護(hù)動(dòng)作情況及故障現(xiàn)象分析

2.1 變電所保護(hù)動(dòng)作情況

現(xiàn)場(chǎng)查看站級(jí)PSCADA事件記錄，顯示再生能饋裝置框架泄露保護(hù)電流型I段動(dòng)作，鋼軌電位限制裝置電流II段、III段動(dòng)作。查看再生能裝置框架斷路器事件，再生能裝置B相變流器柜框架斷路器電流速斷保護(hù)（I保護(hù)）動(dòng)作，故障電流4895A，框架斷路器故障電流即為電抗器對(duì)鐵芯放電電流，故障電流通過(guò)框架流入接地網(wǎng)，此故障電流遠(yuǎn)大于框架泄露保護(hù)電流型I段整定值80A，再生能饋裝置框架泄露保護(hù)電流型I段動(dòng)作正確。

現(xiàn)場(chǎng)軌電位裝置顯示故障時(shí)候最大對(duì)地電流為負(fù)3 000A，由于故障時(shí)刻再生能裝置主回路對(duì)地（框架）放電，地電位抬升，導(dǎo)致鋼軌電位限制裝置晶閘管導(dǎo)通，地瞬時(shí)向鋼軌反向放電電流達(dá)到鋼軌電位限制裝置電流II段、III段定值，鋼軌電位限制裝置動(dòng)作正確[1]。（詳見(jiàn)圖1）

圖1 再生能裝置故障波形

再生能饋裝置電流型框架泄露保護(hù)跳閘邏輯如圖2所示，故障后實(shí)際跳開(kāi)35kV331開(kāi)關(guān)、DC1500V203開(kāi)關(guān)，再生能裝置故障停機(jī)，與保護(hù)跳閘邏輯一致，保護(hù)動(dòng)作出口正確。

圖2 再生能裝置電流型框架保護(hù)跳閘邏輯

2.2 設(shè)備故障現(xiàn)象及檢查

交流電抗器安裝于再生能裝置交流側(cè)，主要用于逆變后的交流濾波，再生能裝置一次原理圖如圖3所示。2號(hào)線再生能裝置交流電抗器為某公司生產(chǎn)的L635A714uH-1PH（SL）型產(chǎn)品，額定電感為714uH。（詳見(jiàn)圖3）

圖3 再生能裝置一次原理圖

現(xiàn)場(chǎng)查看再生能裝置交流側(cè)故障波形，故障時(shí)刻B相電壓達(dá)到峰值，可判斷為B相正常工作電壓幅值達(dá)到了空氣間隙擊穿的臨界點(diǎn)附近，累積至故障時(shí)刻空氣間隙完全擊穿發(fā)生故障，引起保護(hù)跳閘[2]。

現(xiàn)場(chǎng)檢查再生能裝置B相變流器柜交流電抗器鐵芯發(fā)現(xiàn)放電痕跡，且B相（故障相）電抗器靠鐵芯側(cè)第一層繞組較其與鐵芯間用于絕緣的環(huán)氧絕緣布高2mm，其余正常相電抗器環(huán)氧絕緣布均較繞組高約2mm；另一方面，電抗器第一層繞組與鐵芯之間兩側(cè)均加裝有絕緣擋板，以提升繞組與鐵芯間的絕緣性能，但同型號(hào)電抗器接線端子排側(cè)均未加裝絕緣擋板，因此故障點(diǎn)處第一層繞組高出部分與鐵芯之間僅依靠空氣間隙絕緣，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量第一層繞組高出部分與鐵芯之間的間隙為8mm，小于GB/T 21413.1-2008中要求的DC1500V裸帶電體與地之間的最小空氣間隙14mm。（詳見(jiàn)圖4）

圖4 B相變流器柜交流電抗器故障點(diǎn)

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)再生能裝置交流側(cè)三相電抗器進(jìn)行了主回路絕緣、電感測(cè)量、耐壓試驗(yàn)，測(cè)量結(jié)果如表1所示[3]。

表1 再生能交流電抗器檢查結(jié)果

根據(jù)再生能裝置現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量結(jié)果，A、B、C三相電抗器電感均在誤差允許范圍（5%）內(nèi)，三相電抗器不存在匝間短路故障；A、C兩相電抗器主回路對(duì)地絕緣（鐵芯通過(guò)框架接地，即為對(duì)鐵芯絕緣）＞10GΩ正常；B相電抗器主回路對(duì)地絕緣為20MΩ，且耐壓值不達(dá)標(biāo)。

3 優(yōu)化設(shè)備生產(chǎn)制造的設(shè)計(jì)工藝及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

3.1 優(yōu)化設(shè)備生產(chǎn)制造設(shè)計(jì)及工藝要求

對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)行變更，在交流電抗器線包與鐵芯之間，加一塊1.0mmGP0-3絕緣板，使鐵芯與最里層紙之間，再多一層絕緣[4]。要求生產(chǎn)單位對(duì)電抗器裝配過(guò)程中進(jìn)行工藝變更，需將線包最里側(cè)紙使用膠布完全固定后，再撐“L型撐條”，撐條撐完后，再將固定用的膠布去除，防止絕緣紙下滑。（詳見(jiàn)圖5）

圖5 變流電抗器絕緣設(shè)計(jì)及制造方案

3.2 提高設(shè)備驗(yàn)收檢查標(biāo)準(zhǔn)

增加絕緣部件爬電距離的檢驗(yàn)項(xiàng)目。外觀檢查是否加裝絕緣防護(hù)板。電抗器線包里層絕緣紙與鋁箔之間的錯(cuò)位必須高于7mm以上[5]。

4 結(jié)論

近幾年，再生能裝置在軌道交通行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用，部分設(shè)備元件沒(méi)有統(tǒng)一的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，且制造工藝水平仍需進(jìn)一步提高，通過(guò)此次對(duì)交流電抗器主絕緣設(shè)計(jì)的研究分析，其設(shè)備制造工藝質(zhì)量將直接影響牽引供電系統(tǒng)的安全運(yùn)行。因此，應(yīng)該對(duì)再生能裝置交流電抗器的絕緣狀況進(jìn)行密切關(guān)注，增加相關(guān)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收檢查手段，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，才能保證設(shè)備的運(yùn)行安全。