一起6KV電機(jī)故障造成機(jī)組全停事故的原因分析及防范措施

葛爽++倪穎++孫迪

摘 要：本文針對(duì)某電廠(chǎng)1000MW1號(hào)機(jī)組6 kV11號(hào)給水前置泵電機(jī)引線(xiàn)接地短路故障，引起高廠(chǎng)變分支零序保護(hù)越級(jí)跳閘，造成機(jī)組全停事故進(jìn)行分析，查明了越級(jí)跳閘的原因?yàn)椋?KV綜合保護(hù)裝置零序CT變比配置不當(dāng)，造成綜合保護(hù)內(nèi)小CT飽和，導(dǎo)致6 kV11號(hào)給水前置泵電機(jī)綜合保護(hù)裝置中零序電流保護(hù)沒(méi)按整定的動(dòng)作時(shí)間出口，而越級(jí)跳閘高廠(chǎng)變分支開(kāi)關(guān)，由于高廠(chǎng)變分支接線(xiàn)錯(cuò)誤，最終導(dǎo)致機(jī)組跳閘。針對(duì)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，提出了整改措施，防止再次發(fā)生類(lèi)似事故，為其他安裝相同設(shè)備的電廠(chǎng)提供警示、借鑒作用。

關(guān)鍵詞：電機(jī)引線(xiàn)；CT飽和；越級(jí)跳閘；原因分析；防范措施

中圖分類(lèi)號(hào)：TM63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）20-0147-03

某廠(chǎng)1號(hào)機(jī)機(jī)組正常運(yùn)行中跳閘，運(yùn)行人員現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)11號(hào)給水前置泵電機(jī)零序過(guò)流保護(hù)動(dòng)作，1號(hào)機(jī)1A高廠(chǎng)變第一套、第二套零序分支保護(hù)動(dòng)作，1號(hào)機(jī)組全停，6kV11段、6kV12段、6kV13段、6kV14段廠(chǎng)用工作電源均切換至備用電源。

1 零序保護(hù)跳閘事件經(jīng)過(guò)

某日07時(shí)04分06秒，1號(hào)機(jī)11號(hào)給水前置泵電機(jī)C相電機(jī)引線(xiàn)與接線(xiàn)柱壓接處燒斷，引起接地短路故障。11號(hào)給水前置泵電機(jī)零序過(guò)流保護(hù)啟動(dòng)，但零序保護(hù)沒(méi)有在整定動(dòng)作時(shí)間0.3S出口。故障1.1S后，高廠(chǎng)變分支12段零序過(guò)流一段保護(hù)（1.1S，動(dòng)作于跳12段分支并啟動(dòng)快切）動(dòng)作，6kV12段廠(chǎng)用工作分支跳閘快切動(dòng)作切換至備用電源。由于11號(hào)給水前置泵電機(jī)故障在6kV11段，故障仍然存在，1.7S后高廠(chǎng)變分支12段零序過(guò)流二段保護(hù)（1.7S，動(dòng)作于全停并啟動(dòng)快切）動(dòng)作，機(jī)組全停，其它三段6kV母線(xiàn)快切均啟動(dòng)并切換成功。

該電廠(chǎng)保護(hù)配置情況如下：11號(hào)給水前置泵電機(jī)保護(hù)型號(hào)：四方公司CSC-232綜合保護(hù)；零序保護(hù)動(dòng)作電流整定值一次值20A，0.3秒；高廠(chǎng)變分支零序保護(hù)型號(hào)：南瑞RCS-985TS變壓器保護(hù)；分支零序保護(hù)動(dòng)作電流整定值120A，1.1秒動(dòng)作于跳分支開(kāi)關(guān)，1.7秒動(dòng)作于全停。高廠(chǎng)變中性點(diǎn)接地電阻為6歐姆，零序接地時(shí)最大故障電流約為580A。

2 零序保護(hù)跳閘原因分析

現(xiàn)場(chǎng)檢查11號(hào)給水前置泵電機(jī)接線(xiàn)盒有明顯焦糊味，打開(kāi)接線(xiàn)盒發(fā)現(xiàn)C相電機(jī)運(yùn)行中引線(xiàn)與接線(xiàn)柱壓接處燒斷，造成引線(xiàn)接地短路故障。由于11號(hào)給水前置泵電機(jī)零序過(guò)流保護(hù)沒(méi)有按照整定時(shí)間出口動(dòng)作，引起高廠(chǎng)變分支零序過(guò)流保護(hù)越級(jí)動(dòng)作。11號(hào)給水前置泵電機(jī)在11段分支，按照原理應(yīng)該是高廠(chǎng)變11段分支零序保護(hù)一段動(dòng)作（1.1秒），隔離故障。但是卻由于高廠(chǎng)變11段分支零序和12段分支零序電流回路接線(xiàn)錯(cuò)誤，導(dǎo)致高廠(chǎng)變分支12段零序過(guò)流保護(hù)一段動(dòng)作。此時(shí)因故障電流持續(xù)存在，高廠(chǎng)變分支12段零序過(guò)流保護(hù)二段1.7秒動(dòng)作于機(jī)組全停。故障2秒后11號(hào)給水前置泵電機(jī)零序過(guò)流保護(hù)才動(dòng)作出口跳閘。

2.1 11號(hào)給水前置泵電機(jī)故障原因分析

從11號(hào)給水前置泵電機(jī)C相引線(xiàn)與接線(xiàn)柱處燒損情況分析，可能由于11號(hào)給水前置泵電機(jī)引線(xiàn)與接線(xiàn)柱為點(diǎn)壓接，當(dāng)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，電動(dòng)力引發(fā)壓接點(diǎn)受損松動(dòng)，運(yùn)行中設(shè)備振動(dòng)加劇，造成松動(dòng)點(diǎn)持續(xù)發(fā)熱，最終導(dǎo)致引線(xiàn)燒斷引發(fā)接地短路故障。

2.2 11號(hào)給水前置泵零序保護(hù)裝置延時(shí)動(dòng)作原因分析

11號(hào)給水前置泵電機(jī)引線(xiàn)接地短路時(shí)，11號(hào)給水前置泵綜合保護(hù)裝置中零序電流保護(hù)動(dòng)作，報(bào)告顯示：動(dòng)作電流6A，動(dòng)作時(shí)間2.098S。但零序保護(hù)整定動(dòng)作時(shí)間為0.3S，11號(hào)給水前置泵零序保護(hù)裝置為何會(huì)2.098S才出口呢？

2.3 故障后現(xiàn)場(chǎng)檢查情況

（1）檢查11號(hào)給水前置泵零序保護(hù)用CT為BW-LJK（J），保護(hù)準(zhǔn)確級(jí)5P10，容量10VA，變比為150/5，和設(shè)計(jì)CT變比150/1不符。繼電保護(hù)班在此前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了這個(gè)問(wèn)題，并且立即按照實(shí)際變比更改了綜合保護(hù)零序二次保護(hù)定值，但由于時(shí)間短，沒(méi)能按照設(shè)計(jì)變比更換零序CT（6kV綜合保護(hù)接近80只零序CT）。

對(duì)此類(lèi)變比為150/5的CT外觀(guān)進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)異常。進(jìn)行變比試驗(yàn)為150/5，10%誤差試驗(yàn)符合技術(shù)規(guī)范要求。

（2）現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，11號(hào)給水前置泵零序CT處分別加故障電流19.5A，200A，400A，500A，保護(hù)都正確出口，且裝置顯示動(dòng)作時(shí)間都是0.3S。在一次通入電流大于300A時(shí)，CT二次電流和一次電流成正比，但綜合保護(hù)裝置內(nèi)的電流顯示值明顯小于CT輸出二次電流，存在削頂現(xiàn)象。經(jīng)咨詢(xún)廠(chǎng)家，綜合保護(hù)內(nèi)小CT是按照1A配置，當(dāng)CT二次輸出電流大于6倍即6A時(shí)，綜合保護(hù)裝置對(duì)采樣的電流通過(guò)軟件進(jìn)行削頂。即不管一次電流多大，二次最大采樣電流為7A左右。試驗(yàn)結(jié)果如表1。

（3）調(diào)取11號(hào)給水前置泵在此故障前、后做的模擬試驗(yàn)的錄波圖可以看出：大電流情況下有明顯的削波現(xiàn)象。

（4）從故障錄波器調(diào)取1號(hào)機(jī)故障時(shí)高廠(chǎng)變分支保護(hù)動(dòng)作時(shí)的錄波圖，可以看出11分支最大零序電流約528A。

2.4 故障后綜合保護(hù)廠(chǎng)家試驗(yàn)情況

事故后，我們針對(duì)綜合保護(hù)裝置和原零序CT，在該制造廠(chǎng)家的試驗(yàn)室進(jìn)行了一系列的試驗(yàn)，試驗(yàn)記錄表明：大電流故障，諧波，直流分量都不影響綜合保護(hù)裝置的出口及動(dòng)作時(shí)間。

為了驗(yàn)證150/5的CT在上述故障時(shí)刻是否飽和，零序CT配合綜合保護(hù)裝置一起試驗(yàn)，搭建一次系統(tǒng)，用升流器作為一次電流輸出，其輸出故障電流通過(guò)電纜穿過(guò)零序CT給綜合保護(hù)裝置（試驗(yàn)用CT為廠(chǎng)內(nèi)備用間隔同型號(hào)變比為150/5的CT，綜合保護(hù)裝置為原11號(hào)給水前置泵用綜合保護(hù)裝置）。試驗(yàn)結(jié)果如表2。

廠(chǎng)家試驗(yàn)結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果一致表明：當(dāng)外部一次故障電流到600A或更高時(shí)，零序CT能正常反應(yīng)外部故障，和CT一次電流成正比。但綜合保護(hù)裝置在外部一次故障電流到300A時(shí)已經(jīng)不能正確反應(yīng)實(shí)際故障的電流值，存在削頂現(xiàn)象。但每一次故障綜合保護(hù)裝置都能正確動(dòng)作，出口動(dòng)作時(shí)間及錄波都正常。endprint

上述試驗(yàn)表明，外部零序CT變比為150/5，在一次故障電流為526A A時(shí)，外部零序CT沒(méi)有飽和。雖然上述試驗(yàn)綜合保護(hù)都能正確出口，但都是在穩(wěn)態(tài)狀況下進(jìn)行的試驗(yàn)。我們分析認(rèn)為，由于上述試驗(yàn)不能模擬現(xiàn)場(chǎng)的故障發(fā)生的實(shí)際情況，不能模擬當(dāng)時(shí)電纜接地時(shí)的接地狀態(tài)及接地故障發(fā)展過(guò)程中的暫態(tài)特性。本次故障時(shí)一次零序電流為526A，一次零序CT變比為150/5，進(jìn)入綜合保護(hù)CT的二次故障電流17.5A，由于綜合保護(hù)裝置二次額定電流為1A，最大允許電流為6A，因此進(jìn)入綜合保護(hù)的二次故障電流遠(yuǎn)大于綜合保護(hù)最大允許電流6A，綜合保護(hù)內(nèi)零序CT可能出現(xiàn)了嚴(yán)重飽和不能正確反應(yīng)零序電流的真實(shí)值。

檢查發(fā)現(xiàn)零序CT沒(méi)有按照設(shè)計(jì)變比150/1配置，實(shí)際配置的零序CT變比為150/5，當(dāng)進(jìn)入綜合保護(hù)的故障電流遠(yuǎn)大于綜合保護(hù)允許的最大故障電流且含有大量的非周期分量時(shí)，微機(jī)保護(hù)裝置內(nèi)的小TA材料飽和特性差，會(huì)造成綜合保護(hù)內(nèi)小CT飽和。當(dāng)CT嚴(yán)重飽和時(shí)，一次電流可能全部轉(zhuǎn)化為勵(lì)磁電流，使鐵芯飽和，二次輸出電流幾乎為零。貴溪電廠(chǎng)#6機(jī)組6KV工作進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)越級(jí)跳閘也是由于當(dāng)零序CT飽和時(shí)，綜合保護(hù)沒(méi)能正確動(dòng)作，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)保護(hù)不能及時(shí)跳閘而越級(jí)跳分支電源開(kāi)關(guān)。

如果此次故障時(shí)零序CT配置為設(shè)計(jì)的變比150/1，而不是150/5，當(dāng)本次故障一次零序電流為526A，則二次故障電流為3.5A，小于綜合保護(hù)裝置最大允許電流6A，則綜合保護(hù)裝置內(nèi)小CT不會(huì)飽和，綜合保護(hù)裝置就能正確動(dòng)作跳閘，及時(shí)隔離故障，避免生此次跳機(jī)事故。

2.5 高廠(chǎng)變11段分支零序和12段分支零序電流回路接線(xiàn)錯(cuò)誤原因分析

從錄波圖可知高廠(chǎng)變分支11段、分支12段零序電流回路接線(xiàn)錯(cuò)誤，應(yīng)為基建時(shí)施工人員把高廠(chǎng)變低壓側(cè)1和低壓側(cè)2接反，實(shí)際檢查也證實(shí)了這一點(diǎn)。出現(xiàn)這種情況的原因是：變壓器廠(chǎng)家一次接線(xiàn)標(biāo)識(shí)不清，基建接線(xiàn)時(shí)電氣一、二次施工人員未進(jìn)行溝通；投產(chǎn)時(shí)未從根部進(jìn)行二次通流試驗(yàn)。后來(lái)結(jié)合變壓器停電，專(zhuān)業(yè)人員對(duì)其它機(jī)組的廠(chǎng)用變壓器低壓側(cè)接線(xiàn)進(jìn)行了全面檢查，結(jié)果表明，高壓備用變壓器的兩個(gè)分支接線(xiàn)正確，而1號(hào)機(jī)的兩臺(tái)高廠(chǎng)變和2號(hào)機(jī)的兩臺(tái)高廠(chǎng)變接線(xiàn)都是同樣的情況，兩個(gè)分支接線(xiàn)顛倒。隨后對(duì)1號(hào)機(jī)的兩臺(tái)高廠(chǎng)變和2號(hào)機(jī)的兩臺(tái)高廠(chǎng)變錯(cuò)誤接線(xiàn)進(jìn)行了更改，并分別從根部進(jìn)行一一通流試驗(yàn)檢查，保證保護(hù)裝置內(nèi)部反應(yīng)的電流值的組別與實(shí)際接線(xiàn)一致。

事后，又詢(xún)問(wèn)了采用相同設(shè)備的其它電廠(chǎng)，其中幾家電廠(chǎng)出現(xiàn)了和我廠(chǎng)類(lèi)似的高廠(chǎng)變兩個(gè)低壓分支接線(xiàn)錯(cuò)誤，說(shuō)明此次故障有一定的普遍性。

3 暴露的問(wèn)題

3.1 電機(jī)制造中存在工藝不完善的隱患

電機(jī)接頭出廠(chǎng)工藝采用的是點(diǎn)壓工藝，而不是完善的焊接或是相對(duì)保險(xiǎn)可靠的環(huán)壓工藝，這造成了引線(xiàn)接頭處接觸面積小.在電機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中容易由于發(fā)熱導(dǎo)致接觸面積進(jìn)一步減少，接觸電阻增大，最終導(dǎo)致引線(xiàn)斷裂。電機(jī)引線(xiàn)焊接不良問(wèn)題曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)，但一直沒(méi)有引起重視，最終引發(fā)了此次停機(jī)事故。

3.2 基建施工未認(rèn)真按照設(shè)計(jì)圖進(jìn)行施工

基建安裝人員在施工時(shí)沒(méi)有認(rèn)真按照設(shè)計(jì)圖進(jìn)行施工接線(xiàn)，事后也沒(méi)有認(rèn)真檢查核對(duì)，只憑簡(jiǎn)單的機(jī)組排列順序進(jìn)行接線(xiàn)，造成接線(xiàn)錯(cuò)誤。

3.3 檢查試驗(yàn)不全面

調(diào)試及后續(xù)的檢查試驗(yàn)，都沒(méi)有從根部進(jìn)行通流試驗(yàn)，導(dǎo)致沒(méi)有及時(shí)發(fā)現(xiàn)CT變比的錯(cuò)誤及高廠(chǎng)變分支接線(xiàn)的錯(cuò)誤。

4 提高發(fā)電廠(chǎng)零序保護(hù)可靠性的處理措施

4.1 選擇合理的廠(chǎng)用電系統(tǒng)接地方式和接地電阻

高壓廠(chǎng)用電系統(tǒng)在選擇接地方式時(shí)一般需要考慮：供電連續(xù)性、短路電流動(dòng)穩(wěn)定和熱穩(wěn)定對(duì)設(shè)備的影響以及對(duì)人身安全的威脅、接地穩(wěn)定過(guò)電壓（非故障相）、接地暫態(tài)過(guò)電壓（非故障相），繼電保護(hù)動(dòng)作的正確性、故障點(diǎn)尋找和清除、絕緣配合要求、投資等等多方面因素，其選擇是個(gè)復(fù)雜的過(guò)程需要針對(duì)廠(chǎng)用電一次接線(xiàn)和保護(hù)配置等進(jìn)行綜合考慮。我國(guó)大型火力發(fā)電廠(chǎng)的啟備變和高廠(chǎng)變低壓側(cè)中性點(diǎn)接地方式在實(shí)際應(yīng)用中廠(chǎng)用電（6kV系統(tǒng)）接地方式有以下幾種：直接接地、不接地、高電阻接地（I∑≤10A）、中電阻接地（10A

若選擇中電阻接地方式（接地電阻32Ω）則具有接地穩(wěn)定過(guò)電壓（非故障相）較低、接地暫態(tài)過(guò)電壓（非故障相）較低，繼電保護(hù)動(dòng)作的正確性較高、故障點(diǎn)尋找和清除容易、絕緣配合要求容易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，但也存在供電連續(xù)性一般、短路電流動(dòng)穩(wěn)定和熱穩(wěn)定對(duì)設(shè)備的影響以及對(duì)人身安全的威脅相對(duì)較高、投資多等不足。

本次選擇低電阻接地方式（接地電阻6.06Ω），其優(yōu)點(diǎn)主要是發(fā)生單相接地時(shí)，相電壓升幅較小，對(duì)設(shè)備的絕緣要求可以降低，并且可以限制接地的電流。由于流過(guò)故障線(xiàn)路的電流比不接地系統(tǒng)較大，使得零序過(guò)流保護(hù)有較好的靈敏度，可以比較容易確定故障，快速解除接地線(xiàn)路。缺點(diǎn)為當(dāng)發(fā)生單相接地時(shí)，保護(hù)拒動(dòng)或者動(dòng)作不及時(shí)，接地電流較大時(shí)，可能導(dǎo)致故障擴(kuò)大。并且由于該保護(hù)具有較高的靈敏度，當(dāng)發(fā)生短暫接地故障時(shí)，也會(huì)引發(fā)動(dòng)作跳閘，影響供電的可靠性。

4.2 新安裝或CT回路變更時(shí)要從CT根部通電流檢查，驗(yàn)證電流二次回路接線(xiàn)的正確性

機(jī)組檢修及保護(hù)裝置定檢記錄表明，當(dāng)時(shí)僅從端子排進(jìn)行通流檢查，未按照要求從CT根部通電流檢查。所以未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)高廠(chǎng)變本體低壓側(cè)6KV11段零序CT與6kV12段分支零序CT接反問(wèn)題，也未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)6KV廠(chǎng)用電輔機(jī)所用零序CT實(shí)際變比150：5與設(shè)計(jì)值150：1不符，最終導(dǎo)致11號(hào)給水前置泵電機(jī)發(fā)生單相接地故障時(shí)綜保裝置實(shí)際故障電流為17.6A，遠(yuǎn)超綜保裝置允許最大額定零序電流，綜保裝置內(nèi)部CT嚴(yán)重飽和，零序保護(hù)未能在定值時(shí)間內(nèi)動(dòng)作出口。

4.3 正確安裝使用零序CT，提高小電流選線(xiàn)裝置的可靠性

零序電流互感器一般安裝在電纜頭下方，零序電流互感器上方電纜外皮接地線(xiàn)必須穿過(guò)CT后，在線(xiàn)路側(cè)接地，零序電流互感器下方電纜皮接地，則不能穿過(guò)零序電流互感器，避免形成短路環(huán)。

所有零序CT極性必須嚴(yán)格一致，對(duì)于有兩段以上母線(xiàn)的廠(chǎng)用電系統(tǒng)，必須保證所有引入小電流選線(xiàn)裝置的零序CT極性一致。

雙電纜或多電纜供電的回路應(yīng)避免并聯(lián)使用兩個(gè)零序CT，必須安裝一個(gè)大的零序CT作為一條出線(xiàn)接入小電流選線(xiàn)檢測(cè)裝置。電纜固定卡子與電纜外皮應(yīng)絕緣，并嚴(yán)禁接地線(xiàn)與固定卡子接觸。

4.4 加強(qiáng)管理，做好檢修維護(hù)工作，降低6KV輔機(jī)單相接地故障的可能性

利用機(jī)組大小修機(jī)會(huì)檢查電機(jī)引線(xiàn)重新加裝熱縮管，對(duì)電機(jī)引線(xiàn)與接線(xiàn)柱進(jìn)行銀焊接處理，更換引線(xiàn)絕緣瓷瓶。進(jìn)行電機(jī)絕緣電阻、直流電阻、交流耐壓試驗(yàn)，電機(jī)電纜交流耐壓試驗(yàn)。

CT、PT回路新投產(chǎn)第一次檢修及更換CT、PT及二次回路電纜等，一定要進(jìn)行通流試驗(yàn)，驗(yàn)證接線(xiàn)的正確性。

完善大小修作業(yè)指導(dǎo)書(shū)，包括對(duì)大電流引線(xiàn)接頭隱秘部位進(jìn)行全面檢查，CT、PT根部及二次回路的通流檢查試驗(yàn)等。

電氣設(shè)備只要發(fā)現(xiàn)隱患，就要立即處理。電機(jī)引線(xiàn)焊接不良問(wèn)題在這之前已經(jīng)出現(xiàn)過(guò)，但沒(méi)有引起重視，否則就不會(huì)出現(xiàn)此次故障。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢查、試驗(yàn)及分析，找出了導(dǎo)致此次機(jī)組全停事故的原因：起因?yàn)楦邏弘姍C(jī)引線(xiàn)壓接工藝存在缺陷，造成接地短路故障；其次基建時(shí)零序保護(hù)用CT變比未按設(shè)計(jì)變比進(jìn)行配置，造成故障時(shí)綜保裝置內(nèi)小CT暫態(tài)飽和，使綜保零序保護(hù)沒(méi)能正確動(dòng)作；最終高廠(chǎng)變分支11段、分支12段零序電流回路接線(xiàn)錯(cuò)誤，使故障沒(méi)能及時(shí)隔離，越級(jí)跳閘。對(duì)于這些問(wèn)題，如果基建時(shí)調(diào)試工作做得細(xì)致，或新機(jī)組第一次檢修時(shí)對(duì)新投運(yùn)的CT進(jìn)行變比及一次通流試驗(yàn)，就能及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患，從而可避免此次跳機(jī)事故的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)

[1]曽建平.貴溪電廠(chǎng)#6機(jī)組6KV工作進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)越級(jí)跳閘[C].南昌：江西省電機(jī)工程學(xué)會(huì)年會(huì)，2012.

[2]張俊芳.電機(jī)學(xué)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2010.