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1 概述 响洪甸抽水蓄能电站5# 机定子线圈为F 级绝缘，双Y、三段式绕组结构，段间采用变极开关进行切换，以适应机组在水泵工况下双转速运转的需要（原理图见附图）。定子变极开关由两组共四台真空开关组成，其中在发电工况与低转速水泵工况Ⅱ时投入5-5DL 及5-6DL，高转速水泵工况Ⅰ时投入5DL~3DL 及5DL~4DL。自2012 年5 月10 日起机组在发电工况下发生了差动保护动作停机现象，并在陆续近两个月的时间内多次出现此类情况。经过一连串的分析、试验。最后确定为5-3DL 的A 相真空包损坏，导致了差动保护动作。 2 故障过程简介 2012 年5 月10 日8 时24 分5# 机在并网发电27min 后差动保护动作停机，保护装置显示为A、B 相相间短路。在做好安全措施后，立即安排人员进入发电机内部对机组定子线圈上下端部、铜环进行了仔细的检查，并对发电机从中性点到换向开关之间的所有差动保护范围内的电气连接部分进行了周密的检查，未发现任何异常情况。经多方研究决定做开机递升加压试验，直至并网发电带负荷都未见异常。6 月27 日5# 机开机发电约3h 后又发生了差动保护动作停机现象，进行与第一次相同程度的检查并做定子线圈的直流泄漏及耐压试验都未发现异常问题。在对一次设备进行检查的同时也对保护装置进行了全面的检查，并请来厂方人员对保护的各个环节做了细致的检查试验。随着开机试验次数的增加，差动保护动作频度最后发展到每次开机差动保护都动作，直至7 月15 日的开机试验过程中出现两次明显的机组振动，证明机组确已发生了短路，接着进行递升加压试验，布置人员在各处监视，又出现了两次明显振动声响，并随着出口电压的升高，振动明显增强，同时有人看见在5DL~3DL 处有闪光发出。从发生的一切现象分析， 确定变极开关内部出现了问题。逐个拆开5DL~3DL、5DL~4DL 的上下口连接母线，重点对5-3DL 的A 相，5-4DL 的C 相的真空包进行了交流耐压试验，结果发现5-3DL 的A 相及C 相真空包耐压值严重不合格。拆除不合格真空包，使上下口悬空，再次做开机试验，故障现象消除。备品到货后安装了合格的真空包，开机试验正常。至此，困扰机组多日的缺陷得到彻底解决。 3 原因分析 伴随着相同故障的多次重复出现，一直未停止对故障原因的分析与查找。差动保护动作所存在的原因大致有两个方面。一是保护问题。电流互感器、保护回路及保护装置的故障都可能引起保护装置误动。二是设备存在短路点，导致了差动保护动作。出现短路的部位有以下几处可能，一是定子线圈的线棒或端部、铜环发生了相间短路，而短路电流在线圈内部产生的热量一定会造成明显的破坏，从检查结果以及保护显示的短路电流值来看，可以排除定子线圈本身的因素。第二种可能是变极开关某个真空包发生了短路。从现象上分析，5DL ～ 3DL 的A 相，5DL~4DL 的C 相真空包都有出现短路可能。从理论上来讲，当真空包因真空度破坏或触头开距减小引起触头间绝缘击穿时，应出现持续的放电现象，并在以后的相同状态下会必然出现。实际上在6 月27 日短路启动了线路保护录波装置的波形分析，短路保护在动作后22ms 自行复归，89ms 后开关断开， 说明在启动保护约一个周波后短路电流已消失，由于在保护复归前已启动了出口继电器，故仍然跳闸。也就是说开关断开的是负荷电流而不是故障电流。由次说明，真空包在真空度下降后仍然可以在短路后自动熄弧。在开机试验时机组振动现象也表明：真空包在升压过程中出现了短暂的拉弧、熄弧过程。由于是首次使用高压真空开关，对真空包的特性不熟悉，向有关使用真空开关的单位咨询，都未遇到过这种情况，也无法给予合理解释，这样使我们放弃了进一步对变极开关引发短路因素的深究。第三种可能性是机组出口母线间绝缘子击穿引起了相间短路，短路后可能没有明显痕迹。鉴于母线相间短路时必然接地，且绝缘子绝缘等级为20KV，高于10KV，也可以排除。第四个可能是出口开关本身相间短路。由于出口开关为进口设备全封闭式结构，且电压等级为15KV，我们认为发生故障的可能性很小。 然而，除真空包本身具有的这种自动熄弧且不确定性的特性至今未得到合理解释外，从5-3DL 的A 相真空包损坏造成的外观现象来看，结果都是合情合理的。 1）5-3DL 在电动工况Ⅰ时处于“合”位置，上下口导通， 不存在击穿问题，故在电动工况Ⅰ状态时从未发生过保护动作现象； 2）5-3DL 在发电工况时处于“分”位置，上下口分别属于A、B 相，真空包断口间电压Un。当真空度下降，触头间隙瞬间击穿，形成A、B 相间短路，引起差动保护动作停机。当试验时保护压板切除后，短路造成机组出口电压降低，励磁装置为维持给定电流不断增加励磁电压，使原本有缺陷的转子绕组对地绝缘击穿，并出现了两点接地； 3）由于短路出现在真空包内部，且真空包为不透明瓷质结构，难以发现故障点，只有在真空包故障恶化到一定程度后， 或在交流耐压试验时，才能见到真空包的放电发光现象； 4）真空包真空度破坏，在多次燃弧、熄弧后触头极面及屏蔽罩烧伤使击穿条件存在着不确定性。 (责任编辑：铅笔画圆) |
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