沙河抽水蓄能電站10 kV高壓柜缺陷分析與處理

黃 艷，龔翔峰

（江蘇沙河抽水蓄能發(fā)電有限公司，江蘇 溧陽 213333）

0 引言

沙河抽水蓄能電站（簡稱沙河電站）10 kV高壓柜采用ZS1型鎧裝式金屬封閉開關(guān)設(shè)備，額定電壓12 kV，由固定柜體和真空斷路器手車組成。本文結(jié)合沙河電站工程實例介紹了10 kV高壓柜運行中出現(xiàn)的缺陷，分析缺陷原因，介紹處理過程。

1 10 kV高壓柜配置

沙河電站共設(shè)有24面10 kV高壓柜：起AB換相作用的發(fā)電/抽水換相開關(guān)柜、泵工況背靠背啟動用的拖動/啟動開關(guān)柜、隔離排柜、廠變高壓開關(guān)柜、勵磁隔離排柜、機組出口電壓互感器柜和主變低壓側(cè)電壓互感器/避雷器柜等，其中14面開關(guān)柜均采用手車型真空斷路器（簡稱手車開關(guān)）。

2 手車開關(guān)

手車框架采用冷軋鋼板經(jīng)折彎及焊接而成；開關(guān)采用澆注式極柱，真空滅弧室安裝在三相立式絕緣套筒內(nèi)，可有效防止真空滅弧室受外力作用而導(dǎo)致?lián)p壞，同時避免因粉塵和污穢的積累而造成沿面閃絡(luò)，改善滅弧室周圍的電場分布；配套操動機構(gòu)采用結(jié)構(gòu)緊湊、性能穩(wěn)定的平面蝸卷式彈簧操動機構(gòu)；動觸頭采用梅花式觸指系統(tǒng)，具有接觸電阻小，承受熱穩(wěn)定電流和動穩(wěn)定電流大等優(yōu)良的電氣性能。

3 10 kV高壓柜故障分析及處理過程

3.1 手車開關(guān)合不上

抽水蓄能機組在發(fā)電工況和抽水工況啟動時，需在發(fā)電機出口開關(guān)合上前，先合上發(fā)電或抽水換相開關(guān)，一旦發(fā)生手車開關(guān)合不上，將會導(dǎo)致機組啟動流程中止。

現(xiàn)象1：1號機抽水換相開關(guān)合不上[1]。手車搖至檢修位置，打開面板，發(fā)現(xiàn)開關(guān)未分到位，將計數(shù)器與合閘線圈軸的連接部分壓塊拉開后，機構(gòu)自動調(diào)整至分位置。但其根本原因為開關(guān)長期頻繁動作，強烈震動導(dǎo)致小半軸的軸銷突出，阻止了機構(gòu)動作路徑，見圖1；經(jīng)返廠機構(gòu)拆除、更換零配件后缺陷得以消除。

圖1 VD4傳動機構(gòu)內(nèi)小半軸軸銷突出

現(xiàn)象2：2號機抽水換相開關(guān)合不上[2]。手車搖至檢修位置，發(fā)現(xiàn)閉鎖電磁鐵Y1未吸合，根據(jù)圖2所示，因合閘回路中Y1未吸合，輔助開關(guān)S2的常開接點不動作，合閘線圈Y3無法得電工作。經(jīng)萬用表實測Y1線圈電阻達5 MΩ，而廠家標準為9 kΩ±10%，判定閉鎖電磁鐵燒毀。

圖2 手車開關(guān)合閘控制回路圖

原因分析：手車開關(guān)正常工作時，操作電源不斷開，閉鎖電磁鐵長期帶電，電磁鐵容易發(fā)熱導(dǎo)致線圈質(zhì)量下降甚至燒毀；另外控制電壓若長期偏高，也會促使電磁鐵損壞。處理：更換閉鎖電磁鐵后開關(guān)動作恢復(fù)正常。

現(xiàn)象3：2號機發(fā)電換相開關(guān)合不上[3]?，F(xiàn)地操作開關(guān)“合”，閉鎖電磁鐵Y1正常吸合，測合閘線圈Y3未得電。斷電后萬用表實測Y3線圈電阻正常，但整流橋V3單橋電阻不到300 kΩ，全橋電阻不到0.5 MΩ，均低于廠家標準單橋1.9 MΩ、全橋3.5 MΩ，判斷整流橋損壞。

整流橋內(nèi)部接線如圖3所示，當控制電源為直流時，正常只有二極管D13和D16或D14和D15勵磁，合閘線圈Y3得電后合閘回路接通。由于線圈為電感元件，在開關(guān)操作瞬間，線圈兩端會產(chǎn)生較大的反電熱，通過二級管放電，長期運行后，二級管容易被擊穿；另外高溫、震動、電壓長期偏高（基本在DC 232 V左右），也將促使二極管加速老化。處理：更換整個整流橋模塊后分合操作開關(guān)正常。

圖3 合閘回路整流橋V3電氣接線圖

3.2 冷卻回路故障報警

沙河電站換相開關(guān)柜額定電流達4 000 A，正常運行時柜內(nèi)運行溫度較高。為改善運行環(huán)境，在抽水換相開關(guān)、發(fā)電換相開關(guān)和隔離排柜柜體前后各裝有2只風扇，以便將柜內(nèi)產(chǎn)生的高熱量與外界形成熱交換，達到冷卻的目的。

現(xiàn)象1：2號機高壓柜冷卻回路故障報警?，F(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)風扇未啟動，啟動回路中間繼電器KC1動作，實測常開接點KC1:13-14未閉合，故風機啟動回路未接通，見圖4。解線后測試常開接點接觸不良，時而導(dǎo)通時而不通。分析繼電器長時間運行，接點表面氧化或有灼傷燒毛痕跡或觸頭壓力不夠?qū)е陆佑|不良。斷電更換中間繼電器后工作正常。

圖4 冷卻風扇電氣控制圖

現(xiàn)象2：1號機高壓柜冷卻回路故障報警。檢查發(fā)現(xiàn)風扇已啟動，報警回路中繼電器KC2動作，判斷并聯(lián)的6只風扇微動開關(guān)有1個或幾個未動作。停電后拆開蓋板檢查發(fā)現(xiàn)抽水換相開關(guān)后側(cè)風扇的微動開關(guān)擋板脫落，導(dǎo)致風扇出風口吹不到擋板，微動開關(guān)常閉接點未動作。判斷固定擋板的膠水在高溫環(huán)境下加速老化，失去固定作用，在風力作用下使擋板脫離與微動開關(guān)引出桿的固定連接。更換微動開關(guān)并對所有擋板進行加膠加固處理，故障消除。

3.3 2號機發(fā)變組差動保護動作

現(xiàn)象：2號機抽水工況運行約3 h后發(fā)變組比率差動動作。故障錄波（見圖5）顯示故障時AB相電壓幅值相等、相位相同，AB相電流幅值大小相等、相位相反。判斷AB相相間短路，且為瞬時性故障，持續(xù)時間約90 ms。經(jīng)對主變低壓側(cè)和隔離母排間一次設(shè)備進行系統(tǒng)檢查，絕緣測試均合格。發(fā)電啟機并網(wǎng)后2號機組運行聲音異常，A相無電流，緊急停機。

圖5 故障錄波故障時截圖

檢查發(fā)現(xiàn)1號機發(fā)電換相開關(guān)A相未同步合閘，判斷A相觸頭與操作機構(gòu)脫鉤。

原因分析：沙河電站發(fā)電工況和抽水工況采用AB換相設(shè)計，在機組抽水運行時，抽水換相開關(guān)合閘，發(fā)電換相開關(guān)斷開，發(fā)電換相開關(guān)A相斷口間承受AB相間電壓。由于發(fā)電換相開關(guān)A相開關(guān)觸頭未完全分閘到位，在抽水運行時，A相動靜觸頭斷口間絕緣被擊穿而導(dǎo)致局部放電，A、B相間發(fā)生瞬時性短路，見圖6。

圖6 抽水蓄能機組AB換相圖

處理：更換備用手車開關(guān)；原開關(guān)返廠解體發(fā)現(xiàn)A相凸輪盤偏移導(dǎo)致無法完全釋放分閘彈簧，分閘不到位。

3.4 監(jiān)控系統(tǒng)間斷發(fā)報文“1號機隔離排柜手車不

在工作位置”

現(xiàn)象：1號機隔離排在正常運行時，監(jiān)控LCU顯示手車不在“工作”位置，而現(xiàn)地手車工作位置指示燈亮，判斷手車工作位置輔助開關(guān)S9的接點或航空插針有松動。經(jīng)回路檢查，發(fā)現(xiàn)柜體上的航空插座中52號插針松動，見圖7。原因分析：在隔離排柜檢修隔離操作時，多次拔插航空插頭，導(dǎo)致插針松動，接觸不良。處理：在插針外穿一只黑色固定膠圈，手車推至工作位置，監(jiān)控和現(xiàn)地顯示均正常。

圖7 1號機隔離排柜航空插針松動

3.5 1號機機組保護A面和B面柜顯示發(fā)電換相開

關(guān)變位時間不一致

現(xiàn)象：1號機發(fā)電過程中，保護柜報文顯示發(fā)電換相開關(guān)變位時間，B面柜較A面柜慢9 s。經(jīng)查電氣回路圖，保護柜的開入量由手車開關(guān)的輔助開關(guān)S5的2對常開接點送出。根據(jù)現(xiàn)象判定輔助開關(guān)S5的53:54接點有松動，見圖8。因長期運行在振動、高溫環(huán)境下，輔助開關(guān)傳動桿間隙慢慢發(fā)生變化，接點與引出線接觸也會松動，從而導(dǎo)致接點接觸不良。處理：更換備件，多次分合開關(guān)，兩面機組保護柜顯示開關(guān)變位時間一致。

圖8 手車開關(guān)各輔助開關(guān)實物圖

4 設(shè)備管理

通過多年對缺陷分析與處理以及壽命跟蹤中積累的經(jīng)驗，逐步形成適合現(xiàn)場的設(shè)備管理方式：①對高頻發(fā)的二次元件，適時適量配備備品備件；②每年利用2次檢修機會，檢查機構(gòu)，測量閉鎖電磁鐵、分合閘線圈、整流橋電阻；③每3年由設(shè)備廠家進行系統(tǒng)性維護保養(yǎng)；④對動作頻繁、運行達8年以上的開關(guān)逐步淘汰更新；⑤在現(xiàn)場存放1只備用手車開關(guān)，以減少缺陷處理的時間。

5 結(jié)語

10 kV高壓柜作為抽水蓄能電站運行的關(guān)鍵設(shè)備，其安全可靠性顯得尤為重要。通過對10 kV高壓柜運行過程中故障的處理，在高壓柜管理上積累了豐富的經(jīng)驗。手車開關(guān)操作頻繁，手車比較笨重，出現(xiàn)故障檢查處理難度較大，因而要高度重視備品備件的采購與設(shè)備管理工作。