高压电机接线盒引线短路故障原因分析及处理

张立坚，卞春兵，孙 钱，沈 欣

（江苏省灌溉总渠管理处，江苏 淮安 223200）

苏州市娄江水利枢纽工程位于苏嘉杭高速公路娄江高架以西、外塘河以东区间的娄江河段上，是苏州市中心区防洪工程控制建筑之一。该工程由14 m节制闸和一座设计总流量15 m3/s 的单向泵站组成，节制闸布置在河道北侧，泵站紧邻节制闸，靠河道南岸布置，泵站只有排涝要求，属单向泵站，泵站由进水池、导流墩、拦污栅、泵房、出水池等建筑物组成。泵站采用堤身式布置，内安装3 台“S”型单轴伸泵，单泵流量为5 m³/s，装有三台单机功率200 kW 机组，装机总容量600 kW，采用单列布置。

泵站主电源由供电部门开闭所10 kV 高压开关柜出线，经10 kV 橡塑绝缘电缆引至泵站10 kV 高压室111 进线总开关柜，高压室内另设置有112 计量柜、113 电压测量避雷器柜、114 站变柜、115 补偿电容器组柜、1 号～3 号主电动机开关柜，该工程配电系统一次接线简图如图1 所示。

图1 娄江枢纽高压配电系统一次接线简图

1 现场情况

2021 年5 月7 日，该枢纽泵站1 号～3 号主机组正在抽水运行，13：15 时，整个工程突然失电，值班人员执行紧急停机程序后，迅速检查配电系统，高压室、低压室及机组所在厂房，发现交流电均已在断电状态。高压室内，光字牌集控中心发出断电告警声，现场应急照明灯亮起，高压室内各断路器均在工作位置、合闸位置，高压开关柜上仪表电压显示均为0，各继电保护装置无跳闸或告警信息。低压室内各设备也无跳闸或告警信息。在巡视到1 号、2 号机组附近时，闻到有焦糊味。联系电力部门对开闭所送电至该枢纽的10 kV 高压出线柜进行检查，发现断路器正处在工作位置、跳闸状态，保护装置显示速断跳闸，故工程10 kV 主供电源进线断电，造成整站失电状态。

2 查看研判

检修人员将高压室内各柜面板上的控制方式转换开关旋至就地状态后，把断路器现地分闸，并将断路器手车摇至试验位置，在进线开关柜转换开关手柄套上罩壳，在合闸按钮上悬挂“禁止合闸、有人工作”警示标牌，合上站变柜、补偿电容器组柜及3 台主机柜的接地刀闸，打开开关柜背面门，开关柜内真空断路器、母排、电流（压）互感器、过电压保护器、电缆等柜内设备外观均无异常现象；检查进线开关柜、主电动机开关柜继电保护装置均未发出跳闸告警信号。

检修人员拆开主机层主电动机接线盒，发现2号主电动机接线盒内，有严重的焦糊味，盒体和电缆终端表面布满浮灰，接线桩头上有明显严重灼伤痕迹，如图2 所示。同时，该台电动机引出线U 相已熔断，如图3 所示；对其余2 台机组的接线盒也逐台拆开检查，发现1 号主电动机接线盒内，电动机V相引出线表层有损伤，如图4 所示，3 号主电动机接线盒内外观无异常现象。

图2 2 号主电动机接线盒内情况

图3 2 号主电动机U 相引出线熔断

图4 1 号主电动机接线盒内情况

该工程平时给内河与外河之间换水，用以调节水质环境，处于日常长时间运行的工况。

通过检查分析，此次故障是由于2 号主电动机定子绕组引出线相互之间距离太小，熔断处临近W相接线桩头，且在制作过程中，引出线绝缘层可能存在缺陷。引出线封闭在接线盒内长期运行，平时可能存在着缺少检查和维护，导致运行发热情况不能够被及时发现，且接线盒是全封闭式，导致着长期散热不良，随着缺陷逐步发展，最终造成U 相绝缘逐步老化、破损，破损处又紧贴W 相接线桩头，造成相间短路故障，U 相引出线熔断。在2 号主电动机及整个工程10 kV 进线所配套的继电保护装置未能及时动作跳闸的情况下，引起上级开闭所出线柜继电保护装置速断动作，断路器跳闸。

但是短路故障发生时，该工程2 号主电动机及10 kV 进线继电保护装置均未发出保护动作跳闸信号，未能及时将故障设备切出线路，继电保护装置越两级，至开闭所出线保护装置动作跳闸。

为避免再次发生同类型故障时，本级保护装置不能及时动作，导致故障范围扩大，彻底解决该工程本级保护在设备故障时能够及时发出跳闸信号，并准确动作保护设备是需要研究和解决的主要问题。

主电动机电缆引出线相间短路故障是否会对电动机内部定子绕组造成损伤，在未拆解机组时，须通过电气试验来确定。故在对电动机引出线进线表面进行简单处理后，开展了主电动机绕组直流电阻、绝缘电阻测量以及交流耐压试验，试验结果详见表1。试验结果表明，定子绕组直流电阻三相偏差仅为0.15%，低于规程规定的2%[1]。规程要求绕组的绝缘电阻值不低于rMΩ（r 等于额定电压UN的kV 数）[1],实测数据均在700 MΩ 以上，远高于10 MΩ，符合规程要求。在绝缘正常的情况下，开展了定子绕组的交流耐压试验，在试验过程中，未发现放电闪络现象。

表1 2 号主电动机试验情况

由此可见，主电动机内部绕组在引出线处相间短路故障后，仍完好无损，仅引出线处出现损伤，只需对引出线做出相应的处理，而无需对主电动机进行解体检修。

3 处理措施

3.1 电动机引出线处理及试验

切除破损的主电动机绕组引出线，并在每一相引出线的表面加套一层10 kV 高压热缩绝缘套管，以加强相间绝缘，如图5 所示，并对2 号主电动机高压开关柜至2 号主电动机的10 kV 电缆按大修后的试验标准进行试验，试验结果见表2。耐压前后，电缆绝缘电阻值均高于2 GΩ，满足规范要求的一般不小于1 GΩ[1]。在串联谐振耐压过程中，电缆两端均未发现放电等异常现象，表明该段电缆完好无损，无需任何处理，可继续放心使用。

图5 电动机定子绕组引出线处理后

表2 10 kV 电缆试验情况

3.2 定值重新整定

由于是上级开闭所继电保护装置越两级跳闸，现场保护装置无跳闸信息，未能记录故障发生时的电流、电压、有功和无功等信息。检查继电保护装置内部整定值设定情况，见表3。

表3 继电保护装置整定值情况

主电动机容量为200 kW，额定电流为13.60 A，主机柜内电流互感器变比为50/5，二次侧额定电流为1.36 A，速断保护一般整定为额定电流的5～8 倍，取额定电流的8 倍为10.88 A，低于主电动机保护装置目前设定的速断值13 A。进线柜内电流互感器变比为150/5，3 台机组运行时容量和站变负荷约为700 kW，正常运行二次侧电流为1.35 A，速断也取运行电流的8 倍为10.8 A，也低于保护装置设定的速断值11.6 A。

显然本级保护和上一级保护的整定值偏大是造成此次故障越两级跳闸的主要原因，故须对该枢纽进线及电动机保护装置的整定值进行重新计算、调整和试验，避免越级跳闸现象的再次发生。

另外，该工程主电动机继电保护未设置低电压保护功能。在主机组突然失电情况下，上、下游两侧水位差会引起机组倒转，可能造成电动机的生产工艺被破坏，缩短大修周期，影响设备使用寿命。在整定值重新整定时，宜增加低电压保护，避免故障进一步的扩大，造成更大的损失。

3.3 运行期间加强巡视

可在电动机接线盒表面开设观察孔，并用红外玻璃进行密封，在电缆接线桩头张贴示温片，以便运行人员观察电缆运行情况；也可借助红外测温仪器，通过非接触式，实时透过红外玻璃准确检测到电缆终端头的运行温度，掌握设备运行状态；也可用无线温度传感器紧贴电缆终端头颈部安装，通过无线接收装置现场采集各点温度信号，通过通信接口上传至自动化系统，以便实时监控温度数据，并在超温时，发出报警信号，提醒运行管理人员，注意加强巡视，适时的停机检修；也可在制作电缆终端头时，事先将局部放电传感器集成在电缆附件壳体上，采用光纤进行数据传输至自动化系统，在中控室就可实时观察到电缆终端在线运行情况，及时研判电气设备运行状态，适时加密巡视次数，能有效避免因局部发热引起的故障的发生。

3.4 电动机引出线接线盒的改进

分析可知，封闭式接线盒存在着散热不良等问题，可在电动机引出线接线盒侧面开设通风口（百叶窗式），加强接线盒内通风，通风口设计应符合IP 44 防护等级；亦可在接线盒侧面再加装通风风机，根据3.3 描述，通过温度传感器控制通风风机，加强盒内温度散发，防止因高温引起的引出线绝缘层受热老化。

4 结语

对于安装在高压电动机封闭式接线盒内的电动机定子引出线、电动机、电缆及相关的高压电气设备应严格按照《电力设备预防性试验规程》要求，定期进行预防性试验，通过分析逐年试验数据结果，可以研判电气设备老化的趋势，做出相应的维护、检修保养计划。

对于类似的全封闭接线盒，可通过对电动机接线盒的改造，增设红外玻璃观察口，便于采用红外温度等手段及时对接线盒内的引线及电缆终端进行巡查，并增加通风散热措施，及时发现缺陷，防患于未然。如能增设无线测温、局放在线监测等设备，则更加有利于盒内故障的提前发现和及时处理，避免同类故障的发生。而通过对枢纽进线及电动机保护装置的定值的重新计算、整定和试验，能有效避免越级保护跳闸现象的再次出现。