现场︱一起凝结水泵变频器跳闸事故分析

中国电工技术学会定于2016年7月10~11日在北京铁道大厦举办“2016第十一届中国电工装备创新与发展论坛”，主题为“电工行业十三五规划研究与解读”，并设“智能制造与电工装备行业的转型升级”“智能开关设备的关键技术与最新发展”两个分论坛。

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皖能马鞍山电厂、华能陕西发电有限公司、西安热工研究院有限公司的研究人员刁敏、马国斌、兀鹏越，在2016年第3期《电气技术》杂志上撰文，论述了一起某机组凝结水泵变频器出口断路器运行中击穿事故的发生及分析处理过程，通过分析故障波形，指出6kV真空断路器真空灭弧室故障是变频器跳闸的根本原因，呼吁重视真空断路器预防性试验故障，及时发现运行真空断路器故障。

发电厂高压厂用系统普遍采用真空断路器，具有绝缘强度高、灭弧能力强、可靠性高、维护简单、适合频繁操作等优点。真空灭弧室是真空断路器的核心部件，具有极高的可靠性，正常情况下，整个寿命周期内无需任何维护。尽管如此，但是由于真空断路器数量巨大，在运行中发生故障的案例还是时有 道。

1 系统简介

某660MW超临界燃煤机组配备2台容量为2240kW的凝结水泵，电源分别取自6kV母线2A、2B段，每台凝泵均可100%满足机组运行要求。为了适应不同负荷下不同凝结水的流量需求，凝泵设置了高压变频器，按照“一拖二”系统设计。系统见图1。

图1 凝结水系统电气接线图

两台凝结水泵均可运行于工频或者变频状态，可以在工频和变频之间切换运行，但任意时刻最多只有一台泵运行于变频工况。

2 事故过程

事故前的运行方式为: 1DL、5DL合位，B泵变频运行；2DL热备用，A泵工频备用，3DL、4DL冷备用。

因2B凝结水泵电机上轴承温度偏高，需停泵检查。为了维持机组运行，B泵停运期间，需启动A泵运行。启动A泵前，运行人员将3DL、4DL送至运行位热备用，变频器频率由30Hz调整到40Hz。

准备工作就绪后，运行人员在集控室远方启动发出合2DL断路器指令，启动凝泵工频运行。在A泵启动瞬间，B凝泵随即跳闸，DCS画面凝泵变频器控制面板上发“凝泵变频控制柜故障 警”。就地检查变频器控制板显示“接地故障”。

3 事故分析

事故发生后，热控及电气二次专业人员检查DCS变频操作程序及逻辑正确，检查各断路器位置至DCS接线正确，排除逻辑或者线路错误的可能。

变频器显示接地故障，电气一次专业人员用2500V摇表检查B凝泵电动机及电缆，变频器功率单元电缆的绝缘均合格，未查出接地点。

由于事故时虽然变频器 接地故障，但其电源侧的断路器1DL却无保护动作。电气二次专业人员对1DL断路器的保护装置进行校验，装置功能正常。

电气专业二次技术人员在发变组故障录波器中检查A凝泵工频合闸时的录波文件，故障录波器在2A凝泵合闸时同时动作，启动值为A分支突变量。一般来说，大容量电动机启动电流可能会导致故障录波器启动，因此，录波启动貌似正常。

但是，电气专业人员还发现有零序电流产生，只是未达到保护动作值。见图2。由图2可见，零序电流持续时间超过一个周波以上，然后迅速变小。

图2 A凝泵启动波形

图2现象分析，可能存在接地故障。由于1DL断路器零序保护未动作，检查相关设备绝缘也正常，只有变频器 出接地告警，遂在变频器厂家的指导下，进入变频器主控板，调阅变频器故障录波文件。

变频器零序电压波形见图3(a)，零序电压幅值接近200%。

图3 变频器内部故障波形

图3(b)为变频器记录的电源侧A、C相电压，图3(c)为变频器记录的输出侧A、C相电压。由两图比较可见，电源侧电压正常，而输出侧电压有一定畸变。

由以上几幅波形可以看出，事故过程确实有零序电压电流存在，变频器输出侧电压有异常，因此，检查的方向为变频器的输出侧。

电气一次技术人员对A、B凝泵变频出口断路器进行绝缘耐压试验。当A凝泵变频出口断路器4DL的A相断口加压至10kV（标准耐压为42kV）即被击穿。由此确认故障点为A凝泵变频器出口断路器A相真空灭弧室。

4 事故过程还原

本起事故原因是断路器4DL真空灭弧室运行中故障。在运行人员操作前，该断路器已经出现故障，断口耐压水平严重下降，但由于没有进行预防性试验，该故障设备未被及时发现。

运行人员将故障断路器推入工作位置时，该断路器的断口承受的电压为6kV单相对地电压，小于故障灭弧室所能承受的10kV，所以未出现异常。

当运行人员合2DL断路器启动A凝泵时，在断路器4DL断口之间承受的是40Hz变频电源和50Hz工频电源的差频电压，其频率为10Hz，而幅值为额定电压的2倍，即12kV，已经超过故障灭弧室所能承受的10kV的水平，由此导致A相断口击穿，电弧对地放电，引起变频器故障跳闸。

5 整改措施

1）设备非健康运行是本次故障发生的主要原因。

本次事故的直接原因是真空断路器耐压水平降低，可能是由于真空泡的真空度降低造成的[4]。真空灭弧室采用陶瓷作为密封和支撑，其真空度为10-3～10-6Pa，从而保证触头开断时的灭弧性能及绝缘水平。

如果真空度下降到一定程度，其绝缘水平就会降低，也影响断路器的开断水平。这种故障如果未及时发现，如果在事故时断路器分断短路电流，极有可能引起断路器爆炸的严重事故。

为了预防此类事故，必须按期进行检查和测试真空室的真空度，进行耐压试验，试验标准为相间及对地42kV，断口48kV。由于种种原因，该厂电气设备绝缘预防性试验完成率不高， #2机预试率只有50%，部分隐蔽缺陷不能及时发现，造成设备非健康运行，安全隐患巨大。

2）运行方式需调整。

凝泵工频启动时，将变频出口断路器摇至试验位，能够防止断路器长期承受双倍额定电压，从运行方式上减小事故发生的可能性。这种方式还能防止运行中变频出口断路器误合造成非同期合闸。

6 结语

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