于 辉 ,蒋洁青
(华东宜兴抽水蓄能有限公司,江苏 宜兴 214205)
江苏宜兴抽水蓄能电站中压气系统压力等级为7 MPa,用于提供机组调相启动压水、机组调速器及球阀压力油罐用气,电站共设有5台中压气机,额定电压为380 V,启动电流为259 A,每台中压气机各有1个抽屉式进线开关。
2010年1月15日,电站调试人员对3号中压气机进行启动调试,启动后气机启动声响运行正常,但在进线电源Y/△转换后进线抽屉柜内出现火花,立即拉开3号中压气机进线电源开关。
经检查发现3号中压气机进线电源开关三相熔丝均烧损,熔丝插口与插座头烧融,熔丝瓷绝缘烧裂。对3号气机电机相对地、相对相测绝缘电阻,均正常。检查抽屉开关内部接触器,接触器K1.2烧损,其余接触器绝缘电阻、导通电阻、动作特性均正常。
电站中压气机进线开关使用RDT16-1(NT1)型有填料封闭管式刀型触头熔断器,具有很强的灭弧功能,额定电流为200 A,根据厂家提供的熔断时间电流特性曲线可以查出[1],该型号熔断器在1 s内熔断的电流值大于1000 A。
在此次故障中,熔丝虽烧损但并未灭弧,导致弧光短路,烧损抽屉柜。由于之前更换过新熔丝,可基本排除熔断器原因,故此次应故障电流远大于1500 A。引起熔丝烧损原因主要为熔丝载流电流过大。
引起大电流的主要原因是由于电气回路中存在短路或接地现象,可分为线路短路、电机线圈短路、接触器故障短路、弧光接地等几种情况。
2.2.1 接线方式
电站中压气机采用Y/△软启动方式,用到3个接触器,分别是主回路接触器K1.1、Y接触器K1.3、△接触器K1.2,时间继电器整定时间为6 s,如图1所示。
2.2.2 电机启动电流
测量气机启动电流,由于是利用钳形电流表进行测量,采样频率较低,无法测出启动瞬间电流值和速率变化较快电流值,经过多次测量大致推导电流变化曲线,如图2、图3所示。图中电流为△环内单相电流。由图2、图3可知,Y/△转换后△环内电流最大达310 A左右,此时熔丝上承受电流310A。且承受时间极短,另外检查电机无异常,故可排除电机启动时引起的故障。
中压气机进线电源柜接触器采用ABB系列接触器,配置方式也采用ABB推荐的Y/△配置方式,如表1所示。AF,AE系列与A系列具有相同的额定值和尺寸,AF,AE系列优化了控制电压。
Y/△转换过程中采用了Y/△时间继电器,启动过程中K1先接通K1.3电机运行在Y接法,Y绕组额定电压=1/△的绕组额定电压[2]。因此Y接触器额定电流=1/的电机额定电流。延时切断K1.3接通K1.2,当电机切换到△运行后,△接触器接在电机△的绕组的三角环中,其只承受1/的电机额定电流。主回路接触器最终运行在△接法中。
在Y/△转换过程中,若Y/△接触器配合出现异常就会出现2个接触器同时闭合的现象,此时切换回路就会引起三相短路;若继电器导通性能下降,继电器通大电流时导致触头处发热烧损,接触器接地引起大电流。Y/△时间继电器控制原理如图4所示。
图1 3号中压气机进线电源回路图
图2 负载启动电流曲线图
图3 空载启动电流曲线图
(1)接触器动作时间如表2所示,在Y/△切换过程中,Y接触器触头最长断开时间<△接触器触头最短闭合时间。AE75常开触点断开时间最长为13 ms,AF95常开触点闭合最短时间为25 ms(参考表2),得出:Y接触器断开时间<△接触器闭合时间+时间继电器动作时间。故正常情况下Y/△切换过程中一般不会出现Y接触器和△接触器同时闭合的情况,但是若Y接触器出现故障引起接触器触头不释放或释放延缓,就会导致三相短路。
表1 接触器选配对照表
图4 星三角时间继电器控制原理图
表2 接触器动作时间 ms
(2)若接触器长时间大电流运行或频繁动作将引起接触器性能下降,表现为接触器触头变毛糙,触头接触面不能紧密接触,导致接触器通流能力下降,在通过大电流时烧损接触器从而引起接地等故障。
中压气机启动配置采用的是ABB推荐配置,裕量较小,在接触器性能下降的情况下,比较容易发生故障。
接触器故障可分为:触头不动或动作不可靠;触头不释放或释放缓慢;线圈过热或烧损;触头过度磨损;相间短路;触头熔焊;线圈过热或烧损等。根据故障现象,此次接触器故障应属于接触器触头不释放或释放缓慢故障。
引起接触器不释放或释放缓慢原因有:触头熔焊;机械可动部分被卡死,转轴歪斜;反力弹簧损坏;E型铁心使用时间太长,去磁气隙消失,剩磁增大,使铁心不释放;铁心极面有油污或灰尘。
接触器在长期运行后,特别是在灰尘较大的环境下,其机械部分易卡涩、动作不灵敏,杂物灰尘过多后其铁心磁路发生变化,影响铁心吸释效果和动作时间特性。
(1)在Y和△接触器控制回路中分别串接△和Y控制继电器辅助节点K1.2和K1.3,如图5所示。将图5与图4进行对比,在K1.2继电器动作后,K1.2辅助节点断开,K1.3继电器就不会动作。同理,在K1.3继电器动作后,K1.3辅助节点断开,K1.2继电器就不会动作,避免Y,△接触器K1.2,K1.3同时闭合。
图5 改进后的星三角时间继电器控制原理图
(2)对中压气系统其余接触器进行清扫检查,特别是检查触头部分。
(3)举一反三,结合安全检查对类似接触器进行排查。
(4)将接触器检查、清扫纳入设备定期维护的项目中。
[1]胡虔生,胡敏强.电机学[M].北京:中国电力出版社,2009.
[2]戴宪滨.发电厂电气部分[M].北京:中国水利水电出版社,2008.