6kV斷路器非全相運行的分析和應對措施

李文博

摘要：6kV斷路器作為發電廠重要的廠用電配電設備，承擔著大功率負荷斷路器、變壓器、母線斷路器等多項職能。斷路器連桿斷裂、分合閘機構故障、觸頭損壞等因素會導致的6kV斷路器的單相、兩相運行，嚴重影響運行人員的判斷，或導致設備異常運行，進而導致事故擴大。文章針對兩起6kV斷路器非全相運行的案例，對事件背后的原因進行分析，并對于運行人員就類似事件的處理提供了應對措施。

關鍵詞：非全相運行??斷路器??發電廠??集控運行

中圖分類號：TP393????文獻標識碼：A

Analysis?and?Countermeasures?for?the?Open-Phase?Operation?of?the?6kV?Circuit?Breaker

LI?Wenbo

（Huaneng?Wuhan?Power?Generation?Co.，Ltd.，?Wuhan，Hubei?Province，430415?China）

Abstract：?As?important?power?distribution?equipment?of?station?services?in?power?plants，?6kV?circuit?breakers?undertake?many?functions?such?as?high-power?load?circuit?breakers，?transformers，?and?bus?circuit?breakers.?The?breakage?of?the?connecting?rod?of?the?circuit?breaker，?the?failure?of?the?switching?closing?mechanism，?the?damage?of?the?contact?and?other?factors?can?lead?to?the?single-phase?and?two-phase?operation?of?6kV?circuit?breakers，?which?will?seriously?affect?the?judgment?of?operators，?or?cause?the?equipment?to?operate?abnormally，?and?then?lead?to?the?expansion?of?the?accident.?In?view?of?two?cases?;of?the?open-phase?operation?of?6kV?circuit?breakers，?this?paper?analyzes?the?reasons?behind?incidents，?and?provides?countermeasures?for?operators?to?deal?with?similar?incidents.

Key?Words：?Open-phase?operation;?Circuit?breaker;?Power?plant;?Centralized?operation

6kV斷路器現被廣泛應用于發電廠用電系統，通常作為廠用電系統的高電壓等級配電裝置，負責大功率負荷斷路器、變壓器、母線的電能傳輸，開斷次數多、負載電流大。一旦6kV斷路器出現非全相、單相接地等故障，輕則導致運行人員判斷失誤，機組被迫限出力，重則導致機組非停，高壓設備嚴重損壞，人身傷亡等事故[1]。發現6kV斷路器非全相，需要及時判斷事故成因，及時處理。

1?6kV小車斷路器結構原理簡介

以ABB公司生產的6kV斷路器3AH3為例[2]，其外部結構由上極帽、支撐桿、真空滅弧室、下極帽、絕緣拉桿、操動機構、插頭/插座、絕緣子、相間絕緣隔板、儲能手柄、儲能/分合閘狀態指示、動作計數器、分合閘按鈕構成；其內部結構由齒輪箱、輔助開關、合閘彈簧、合閘線圈、儲能電機、分閘彈簧等元件構成。結構圖見圖1、圖2。

該斷路器為西門子公司在1999年所開發的新型三相真空斷路器。額定電壓為7.236kV?？蓮V泛用于配電系統和大工業用戶，該型號斷路器相比其他型號能更有效地切合大容量負荷電路。其中，機構箱內包含了用于分合斷路器的所有機械和電氣單元，其上有一塊可拆卸的面板，面板上有操作和指示設備的開孔。真空滅弧室是斷路器動靜觸頭接合的地方，腔室內以高真空作為滅弧介質，以保證電弧快速熄滅。由于滅弧室的靜態壓力極低，為1×10-3Pa至1×10-5Pa，所以只需相當小的觸頭間隙就可達到高的電介質強度，在分閘過程中由電流在分開的觸頭間隙中產生的真空電弧易被熄滅。觸頭采用銅鉻合金制作，使得滅弧室斷口擁有恒定的高絕緣強度及高開斷次數。該真空滅弧室在開斷電流40kA以下時，電弧呈擴散狀；若電流更大時，電弧呈收縮狀。此時橫向磁場產生的磁力使電弧沿著環形觸頭旋轉，把弧根分散到整個觸頭表面，使觸頭燒蝕均勻，在開斷更大電流時，則采用縱向磁場結構。而且滅弧室尺寸保持小型化?？v向磁場產生的磁力使電弧始終呈現擴散型，圓盤型觸頭表面均勻分布電弧，不會出現局部燒損現象。靜觸頭和滅弧室外殼固定在一起，動觸頭與動觸頭桿相連，位于導向管中。金屬波紋管連同高鋁瓷的絕緣外罩和下法蘭面，形成密封。斷路器內部機構的操作動力是通過儲能彈簧來完成的。儲能彈簧為平面渦卷彈簧，擰緊平面渦卷彈簧將儲存足夠的能量以滿足斷路器操作的需要[1]。合閘前應先通過電機或用手柄手動儲能的方式，為機構箱內的合閘彈簧儲能。斷路器配有儲能電動機，能自動進行儲能。如果儲能電動機無法工作，可以用手動繼續進行操作并完成儲能。儲能完成后，若斷路器接受到合閘指令，則合閘線圈勵磁，使合閘彈簧釋放能量，帶動絕緣拉桿完成合閘操作，同時合閘彈簧釋放的能量為分閘彈簧儲能。分閘時，分勵脫扣器勵磁，分閘彈簧釋放能量，帶動絕緣拉桿完成分閘操作。整套分合閘操作可全部遠方控制完成。負荷側得電后，接于負荷側的三相帶電指示燈應閃爍。

斷路器在合閘位置時的主回路電流路徑是從小車上部接線端子經滅弧室夾架連接到位于真空滅弧室內部的靜觸頭，而后經過動觸頭及轉動觸頭（或滾動觸頭）至下部接線端子。小車斷路器與斷路器柜之間的信號、保護和控制線，通過一個二次插件來連接。小車斷路器只有在試驗位置時，才能插上和拔下二次插件，如果在工作位置時，控制線插頭被鎖定，則不能拔出。另外小車斷路器在二次插件未接通之前僅能進行手動分閘，因小車合閘閉鎖電磁鐵未通電，所以無法手動合閘。斷路器從小車上推入斷路器柜內時，即咬合在試驗位置，同時也可靠地連接到斷路器柜的接地系統，可以通過搖動搖把將小車斷路器移至工作位置。該斷路器的使用方式較為簡單易學，操作便捷。使用者能夠快速上手。

2?異?，F象分析

2019年10月29日，某火力發電廠#2機組A修中。#2江邊變檢修后準備押票送電試運行。該變壓器位于江邊循環水泵房，為循環水泵房相關輔助電氣設備供電。#2機組值班員在拆除#2江邊變安措，搖測絕緣合格后，合上位于#2機組6kV2A段母線的#2江邊變高壓側斷路器。此時，江邊循環水泵房就地保護屏上來“6kV單相接地”掉牌，集控室DCS系統上來“6kVⅡ段單相接地”報警。盤上6kV母線相電壓顯示4.2kV、3.3kV、3.4kV。值班員立即拉開#2江邊變高壓側開關，將#2江邊變停電待進一步處理。檢修人員就地檢查#2江邊變本體無異常，后重新試送一次，發現報警仍未消除。在#2江邊變低壓側用萬用表測量電壓，測得低壓側電壓三相分別為130V、230V、107V，同樣呈現一相升高兩相降低的現象。運行人員懷疑為#2江邊變斷路器小車故障，停電布置安措后，于柜后下部觀察窗發現#2江邊變高壓側開關柜A相小車觸頭嚴重受損，觸頭絕緣罩破裂。小車觸頭被母線觸頭壓彎變形。合上#2江邊變斷路器后，變壓器相當于不完全缺相運行。經檢修人員處理，更換開關觸頭和絕緣罩后，一次送電正常。事后對事故原因進行分析，直接原因是大修時進行斷路器檢修時小車觸頭未對正，不平整。在小車搖入間隔時，A相母線觸頭壓到小車觸頭上方。操作人員在搖入時發現阻力較大，仍用蠻力操作，導致小車觸頭擠壓變形，絕緣罩被擠破。母線觸頭與小車觸頭不完全接觸，導致三相電壓不平衡，發出“6kV母線單相接地報警”。

2020年1月13日，某火力發電廠#3機組值班員啟動Ａ磨煤機不成功，DCS系統上有6.2A電流顯示，就地檢查斷路器無異常，綜合保護裝置無報警，6kV斷路器分閘指示綠燈點亮正常，斷路器柜帶電顯示裝置指示燈三相閃爍。經檢修人員檢查，發現斷路器負荷側三相確已帶電，打開斷路器前擋板后發現B相絕緣拉桿脫落[3]致斷路器B相未分閘。檢修人員初步懷疑為A磨煤機上次停運后，B相斷路器絕緣連桿由于金屬疲勞即已拉斷，致使另兩相分閘后，B相斷路器未分閘，但斷路器分、合位繼電器均已變位，斷路器指示燈已顯示分閘，唯一可以判斷異常的信號是三相帶電指示燈均閃爍。將A磨煤機掛牌，控制電源斷開后，經技術人員研究決定，將A磨煤機斷路器所在3A段6kV母線停電后拉出斷路器小車最為安全可靠。1月14日，向調度申請降低機組負荷，6kV3A段母線負荷停運，值班員將A磨煤機斷路器小車拉出，恢復母線正常運行。

3?應對措施

發電機組廠用電系統在機組運行和停備時都維持正常運行。機組大修時，作為檢修標項，6kV斷路器需要進行多維度的試驗與檢查。然而連桿脫落等問題偶發性高、先兆難以發覺，極難在大修標項等檢查中發現，采用探傷等方式成本較高，且不容易實現。所以對于運行人員的故障的發現和處理需要提出更高的要求，6kV斷路器非全相運行的判據如下[4]。

（1）三相僅一相接通，負荷側應無電流，帶電指示燈三相點亮，若負荷為電動機，應不旋轉，無運行聲音。當斷路器三相僅一相接通時，6kV母線三相電壓可能不平衡。

（2）三相僅兩相接通，若在斷路器分閘時出現，則負荷側有電流，帶電指示燈三相點亮，若負荷為電動機，其電流有效值應增大，電動機轉速下降，運行聲音較大。在此種狀態下，電動機工作于過載狀態，長時間過載會導致電動機線圈繞組燒毀。6kV母線三相電壓可能不平衡。此時，應立即讓斷路器合閘維持電動機運行，啟動另一母線上的備用設備，退出聯鎖，將故障斷路器所在6kV母線短時停電，迅速拉出故障斷路器小車恢復原來運行方式。若在斷路器合閘時出現，相當于短路狀態，可能會導致設備損壞，應立刻將斷路器分閘，拉出故障斷路器小車進行停電處理。

（3）當6kV斷路器一合即跳，或是啟動不成功時，應首先對DCS系統、斷路器面板、保護裝置、母線電壓、現場設備等所有信號指示做一個綜合性判斷。首先，應查閱DCS系統畫面，判斷設備狀態、電流信號（由于DCS系統采樣刷新率的原因，可能部分事故中無法采集到啟動電流信號，但斷路器實際為一合即跳）。若斷路器確已分閘，值班員應赴就地檢查斷路器柜狀態，特別是如今斷路器柜上多設有綜合保護裝置，能夠通過遙信報告等方式查看斷路器動作歷史，相比DCS的數據能真實地反映斷路器所經歷的事件。設備所屬值班員應赴就地檢查設備情況，確認設備是否損壞，是否有明顯的短路、燒傷、或是現場有人違規作業，嚴禁在未能弄清事故原因的情況下盲目重啟設備，以避免斷路器因保護跳開后二次合閘到故障點，造成事故擴大。其次，應避免僅憑一兩個信號就做出判斷的經驗主義思想。在非全相事故中，如果僅憑借電流、分合閘指示燈等信號，可能會判斷為負荷側的偶然性接地。倘若此時采用負荷側搖測絕緣的方式去進一步驗證，則可能在斷路器停電的過程中，小車操作過程中的震動導致帶電觸頭觸碰到斷裂的裸露連桿或其他斷路器接地部分，反而導致事故的擴大。

（4）來6kV母線單相接地報警信號時，若6kV系統為中性點不接地系統，保護配置多不會動作跳閘。此時應檢查6kV三相電壓情況，根據三相電壓判別接地故障相別和程度[5-6]，并確認是否剛啟動或停止了設備，若是則停止所啟動設備運行或檢查所停設備開關分閘是否正常，確認接地信號是否消失。檢查6kV該段母線室內設備是否有明顯的接地點。檢查6kV該段各開關是否有報警信號，如果有零序接地保護確已動作而開關未跳閘的情況，應匯報值長將該設備停運。同時聯系電氣保護人員檢查各保護裝置零序電流情況，若零序電流偏大，優先考慮將該設備停運。檢查6kV該段各負荷，包括電動機、變壓器、高壓變頻器有無被水淋濕的情況，有則將該設備停運。如經上述處理未發現異常，應按先停次要負荷后停重要負荷的方法進行接地選擇。選擇時，任何設備均不得用刀閘直接停電，在工作位置的小車開關均不得拉出。若無法排除，可以將接地段母線倒至備用電源供電，判斷是否為廠變分支接地。如果確定分支接地則設法排除，如接地點無法排除，則應申請停機處理。若母線上負荷全部檢查完畢，接地點仍未消失，則應判斷為6kV母線接地。此時應倒換運行方式，將故障母線盡快停電處理。

4?管理防范措施

（1）加強“兩票三制”管理，強化安全基礎。確保責任落實到位。加強全員、全過程、全方位安全生產管理，加強風險分級管控和隱患排查治理雙重機制建設。合理利用數字化平臺，對重要設備的健康狀況進行定期監督，突出抓好迎峰度冬、迎峰度夏期間、機組大小修等重點時段和機組啟停等重大操作的安全管理[7]。

（2）發揮技術監督作用，定期對使用年限較長的斷路器進行專項化檢查，做到一臺設備一個方案。對于使用壽命臨近的設備，要堅決予以更換，嚴禁使用超齡超期設備。合理制訂檢修方案和計劃，提高主輔機設備可靠性；強化機組計劃性檢修管控力度，嚴格執行檢修作業指導書，嚴把檢修工藝質量關，履行檢修質量負責人制度，爭取設備修后達到最優水平[8]。

（3）開展技能培訓。強化員工安全理論、安全管理制度和規程學習培訓，提高各級人員執行力，保證制度執行的剛性，不搞選擇性執行，不曲解制度、搞變通，深入推進安全生產標準化，突出抓好“25項反事故措施”培訓，提高員工遵章守制和反“三違”意識。規范開展特種作業人員培訓、取證工作，落實特種作業人員準入制度。利用學習班常態化開展專工、技術專家講課和青年員工講課活動，充分發揮各級培訓師的專業特長，對青年員工進行現場培訓和仿真機培訓，分專業、分系統、分階段進行強化，著重強化青年員工的專業技術能力和實際操作技能。

（4）加強應急管理，提高應急處置能力。健全安全生產長效機制，形成一套較為成熟定型的部門安全生產制度，明確日常安全生產管理模式和應急管理模式。強化應急準備，將應急管理工作納入日常工作計劃，防患于未然。推進應急隊伍建設，依據年度演練計劃，強化應急預案培訓和應急演練工作，提高員工應急處置能力。

5?結語

6kV斷路器在火力發電廠的廠用配電系統中有著廣泛應用。6kV斷路器的非全相運行事故現象難以發現，成因難以判斷，且容易與其他事故現象進行混淆。如果不及時發現和處理，會導致事故的進一步擴大。文章根據兩起6kV斷路器非全相運行的事件，分析了成因，并就電廠生產人員在遇到不同類型的6kV斷路器非全相運行事故提供了組織和技術措施，避免事故的進一步擴大。

參考文獻