0 引言

火力发电厂厂用电所接带的负荷段是大型辅助设备的动力来源，是确保机组正常运行、各系统稳定的根本。本文以内蒙古某发电公司为例，通过分析负荷段上给水泵开关故障，发现负荷段的结构布局不合理等问题，并确定原因排除隐患，保证了机组的安全稳定运行。

1 故障的发生 1.1 高压厂用电系统概况

内蒙古某发电公司600 MW机组高压厂用电系统2台等容量高压厂用变压器、2段10 kV母线和2段3 kV母线配置，每台高压厂用变压器供1段10 kV母线和1段3 kV母线，互为备用。每台机组配置3台电动给水泵，其中2台分别接在2段10 kV母线上，另1台分别由2段10 kV母线双电源供电^[1]。这种配置保证任2台给水泵都由不同的10 kV母线供电。

1.2 故障发生前运行方式

给水泵故障发生时正值2号机组C级检修，锅炉由B给水泵上水准备次日进行水压试验^[2]。启动备用变压器A带2号机10 kV A段和3 kV C段，启动备用变压器B带2号机10 kV B段和3 kV D段运行。2号机10 kV A段带空冷A变压器、空冷B变压器、空冷备用变压器、汽轮机A变压器、锅炉A变压器、除灰A变压器、除尘A变压器、化学A变压器、深度污水A变压器、第二路备用电源 (后勤公寓楼)、厂前区B变压器运行。2号炉电除尘PC-A段自带、除尘备用变压器热备用，除尘备自投装置运行正常；A给水泵开关和C给水泵Ca开关热备用状态。C泵给水电源取自10 kV A段开关Ca和10 kV B段开关Cb，2个开关相互闭锁，正常时1路接带C给水泵运行，另1路电源备用。

1.3 故障发生经过

5月12日23：39，操作Ca开关，启动C给水泵进行空负荷试转，启动电流758 A，随后变为坏点，Ca开关跳闸^[3]。就地检查发现：Ca开关综保发“欠压保护”；10 kV A段备用电源进线开关跳闸，开关综保发“速断跳闸”“限时速断跳闸”，10 kV A段母线失电，所带负荷全部掉闸；Ca开关后盖处冒烟、有焦煳味；2号除尘备自投装置启动，联合除尘备用变压器高压侧开关成功，联合低压侧备用进线开关失败。其他低压母线备用电源为暗备用，不存在联投情况。失电后均手动切换成功。

1.4 绝缘检测

运行人员于5月11日22：12测量C给水泵电机绝缘值：相间为0 MΩ，三相对地为5000 MΩ。随后，在试验位传动C给水泵保护逻辑均正常，再次测量C给水泵电动机绝缘合格，同时观察在线绝缘监察装置显示5000 MΩ。确认C给水泵电动机开关柜接地开关确已分闸到位，将C给水泵电动机开关Ca和Cb送电至工作位。

1.5 保护及自动装置动作情况

2016-05-12T23：39：18，DCS操作启动C给水泵Ca开关；23：39：19，2号机10 kV A段备用电源进线开关电气量保护速断、限时速断保护均动作，电弧光保护装置动作；23：39：28，2号机10 kV A段C给水泵Ca开关欠压保护动作，开关跳闸。除灰记录：2号炉除尘A变压器失电，备自投未动作，除灰B变压器失电。后询问值班人员得知：切换失败时除灰A段备自投装置发“开位异常”“备投闭锁”信号。

1.6 检查处理经过

现场就地检查综保、开关柜、故障点后，23：42，断开2号机组10 kV A段所有负荷开关，将C给水泵Ca、Cb开关停电，发现三相过电压保护器接线断开，二次接线烧损 (见图 1) ^[4-5]。隔离故障点后，复位10kV A段备用电源进线开关综保报警，准备恢复该段运行，在DCS合闸10 kV A段备用电源进线开关，开关就地未动作，摇至试验位试验分合闸情况，仍然无法合闸。打开开关柜上部，发现弧光保护模块“trip”灯亮，而工作电源进线开关上的弧光保护装置未发跳闸信号。将10 kV A段转入检修状态，办票检查处理。

测量给水泵电机三相对地绝缘良好、直阻平衡，电动机接线盒以及中性点接线盒处无异常；接地刀闸开合正常，三相同步；开关下口过电压保护器W—V相，V—U相之间有放电迹象，W—V相放电迹象较为严重；过电压保护器三相引线全部烧断，母排熏黑，端部棱角处也有明显电弧灼伤痕迹；高压侧TA二次电缆烧断；电缆室内电加热、温度传感器全部烧损。

2 原因分析

由于真空开关的灭弧能力极强，开断时会引起特殊的操作过电压，造成高压电动机绝缘击穿或回路变压器故障，甚至导致开关柜自身损坏烧毁。三相组合式过电压保护器 (TBP) 专用于3 kV~35 kV中压系统，避免系统内部操作过电压对电气设备侵害。其核心工作原理是采用放电间隙给氧化锌阀片分压的方式，降低产品的操作冲击保护残压，实现对操作过电压的保护；同时采用四星形接法 (俗称三叉戟式接法)，设置公共中性点，实现对相间过电压的快速响应，有效防止三相负载出现相间绝缘击穿。由于TBP主要工作元件是氧化锌阀片，与避雷器类似，因此也称为组合式避雷器。但是，事实上两者的作用完全不同^[6]。避雷器以防雷为主要目的；而TBP虽然也可用于防雷，但主要是与真空开关配套使用，防止操作过电压侵害设备。给水泵电动机启动时容量大 (1100 kW)，且为感性负载，更容易出现操作过电压。经讨论分析，认为本次故障是由于启动给水泵时的操作过电压破坏过电压保护器W相绝缘，未能起到保护作用，进而引发单相接地，最终导致其他两相短路造成的。另1个原因可能是由于接线松动引发接地或短路。

查阅保护动作情况，发现启动瞬间W相 (左边相) 首先出现电压降低，符合看到的W相过电压保护器烧损最严重的情况。W相烧损时产生的弧光及金属蒸气导致其他两相也发生短路。

调取事故追忆^[7] (见图 2)：Ca开关于23：39：21启动，23：39：23 Ca开关启动状态由“0”变为“1”，电流从0上升，23：39：24升至758 A。10 kV母线电压于23：39：24由10.507 V开始衰减，23：39：26降至0；23：39：32电流达到最大 (1231 A)，Ca开关跳闸，23：39：33状态由“1”变为“0”，电流衰减到零。与开关保护动作故障录波图波形吻合。

该过电压保护器在2014年大修时进行了预防性试验，不存在预试超期情况。试验数据如表 1所示。

3 保护及自动装置动作行为分析 3.1 2号机10 kV A段C给水泵Ca开关跳闸原因

C给水泵Ca开关WDZ-5233型保护装置欠压保护动作。通过故障录波图 (图 3、图 4) 可知，C给水泵Ca开关于23：39：18.742已合闸反馈开入综保。

23：39：18.746保护第一次启动 (此时由于给水泵启动母线电压被拉低)，于23：39：19.709保护启动返回；23：39：19.789，保护第二次启动，此时三相电压、三相电流均无 (备用开关分闸致母线失压)，于23：39：28.796低电压保护出口，从保护第二次启动到保护出口跳闸共历时9 s7 ms，50 ms后开关分闸。

由于故障点不在保护装置的电流保护范围之内，以电流为判据的保护由于无法采集电流而无法动作。检查C给水泵Ca开关二次接线未见异常，保护定值与定值单设置一致。欠压保护动作时三相电压均小于定值单定值 (欠量保护，2号机10 kV A段C给水泵Ca开关WDZ-5233型保护装置保护定值单见表 2)，因此欠压保护动作正确。

3.2 处理恢复

(1) 更换烧损的过电压保护器和W相短母线，清理开关柜及绝缘子。

(2) 对启动备用变压器A进行油样化验，结果合格，判定故障跳闸时对启动备用变压器A无冲击损伤。

(3) 对TA二次电缆重新进行敷设并接线，并且利用TA特性试验仪对TA进行了校验；对电加热、温度传感器进行了更换及传动调试。

(4) 对10 kV A段所有转机过电压保护装置进行清扫、紧固和测试，未发现问题。

(5) 针对2号机10 kV A段备用电源进线开关的电弧光保护动作，校验单一的电流判据无法启动弧光保护装置出口，只有弧光判据满足弧光保护装置才出口动作，确认了弧光保护动作正确。

经上述处理后，测量10 kV A段母线绝缘合格，于5月14日18：20，用启动备用变压器A接带正常。

4 存在的隐患

故障发生过程中，2号机10 kV A段备用电源进线开关电气量保护速断、限时速断保护均动作，电弧光保护装置动作时间 (23：39：19) 早于2号机10kV A段C给水泵Ca开关保护动作时间 (23：39：28)，显然发生“越级”跳闸，原因是这组过电压保护器安装位置在保护TA的上部，致使开关保护采集不到故障电流，只能依靠母线段的保护动作来切除故障点，导致故障范围扩大。

5 整改措施

(1) 考虑到2号机开关柜运行已经近10 a，预试周期要缩短，加强定检工作。

(2) 利用停电机会，对启动备用变压器A做绕组变形试验；停机时，对3 kV、10 kV开关间隔及母线绝缘子、过电压保护器进行全面清扫、紧固和测试，对比上次数据，发现问题及时处理。

(3) 除尘A变压器开关合分闸信息未加入DCS历史库，热工专业应将除尘A变压器开关合分闸信息录入DCS历史库。

(4) 今后当现场继电保护或自动装置出现异常信息时，复位 (或断电) 之前，运行值班人员要预先通知继电保护专业人员到场确认；若遇紧急情况必须采取复位 (或断电) 操作时，要对故障报文以及指示灯报警情况等进行拍照、记录，以便于完善保护动作分析的基础采集工作。

(5) 运行人员必须认真全面地做好装置故障、信号信息以及运行日志记录工作；电气设备送电前必须做好绝缘测试工作。

(6) 了解、熟悉高压在线绝缘监测装置的工作原理及特性，并加强巡视及维护。

(7) 由于双电源开关供电设备的过电压保护器开关不在保护范围内，因此调整过电压保护器的安装位置，使其进入开关保护的范围。

6 整改后的效果

通过采取上述各项措施，加强了对设备的劣化管理，提高了控制水平及设备供电可靠性，避免了此类事故的发生，保证了机组厂用电的安全使用，为机组负荷的安全输出提供了保障，同时为国内外同类型机组的厂用电系统配置提供了参考。