對(duì)一起ME開關(guān)偷跳的原因分析與探討

李鵬飛

摘 要：本文介紹了一起火電廠ME開關(guān)（電源開關(guān)）偷跳導(dǎo)致汽輪發(fā)電機(jī)跳閘的案例。將開關(guān)偷跳后立即進(jìn)行了再次傳動(dòng)試驗(yàn)，開關(guān)偷跳不具備可再現(xiàn)性。針對(duì)可能導(dǎo)致該型開關(guān)跳閘的10個(gè)方面原因進(jìn)行逐項(xiàng)分析，并提出了下一步攻關(guān)的方向。

關(guān)鍵詞：ME開關(guān)；偷跳；機(jī)械保護(hù)；預(yù)防

中圖分類號(hào)：TM77 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0.引言

2011年12月13日08時(shí)01分，某廠運(yùn)行人員剛剛完成交接班，#2機(jī)380VIVA段汽機(jī)#1MCC電源（二）開關(guān)跳閘，#2機(jī)“B定子內(nèi)冷水泵跳閘、B閉冷泵跳閘、B密封油排煙風(fēng)機(jī)跳閘、B氫冷升壓泵跳閘、B軸封風(fēng)機(jī)跳閘”事故報(bào)警發(fā)出，檢查A側(cè)相應(yīng)泵聯(lián)啟正常，但A定子內(nèi)冷水泵不出力，手動(dòng)強(qiáng)合B定子內(nèi)冷水泵失敗，“定子內(nèi)冷水壓力低、定子內(nèi)冷水流量過低、發(fā)電機(jī)斷水”信號(hào)發(fā)出，30s后發(fā)電機(jī)斷水保護(hù)動(dòng)作，機(jī)組跳閘。

1.檢查處理情況

事故發(fā)生后，電氣檢修人員迅速趕到現(xiàn)場(chǎng)檢查分析：開關(guān)二次回路信號(hào)繼電器未掉牌；對(duì)所有負(fù)荷和開關(guān)進(jìn)行排查，未發(fā)現(xiàn)異常；將汽機(jī)#1MCC電源（二）開關(guān)搖到“試驗(yàn)”位進(jìn)行分合閘，無拒動(dòng)、無偷跳；將汽機(jī)#1MCC電源（二）開關(guān)解體檢查，開關(guān)本體過流和速斷保護(hù)已拆除，開關(guān)機(jī)構(gòu)未發(fā)現(xiàn)異常；對(duì)開關(guān)二次回路搖絕緣，500MΩ；對(duì)開關(guān)二次回路跳閘回路和保護(hù)回路傳動(dòng)，開關(guān)跳閘正常，信號(hào)繼電器動(dòng)作正常。經(jīng)檢查操作票記錄確認(rèn)開關(guān)跳閘前運(yùn)行人員無斷開開關(guān)操作，開關(guān)偷跳。

2.ME開關(guān)偷跳的原因分析

汽機(jī)#1MCC電源（二）開關(guān)使用的開關(guān)為ME（現(xiàn)稱為DW-17）系列萬能式斷路器，型號(hào)為ME630，額定電源380V，額定電流630A，額定開斷電流50kA，額定操作電源DC 220V，最近一次檢修時(shí)間2011年06月9日。事故發(fā)生后，電氣專業(yè)組織技術(shù)人員分別于2011年12月13日和2012年1月9日對(duì)ME開關(guān)內(nèi)部機(jī)構(gòu)進(jìn)行解體檢查，分析可能導(dǎo)致開關(guān)跳閘的原因，諸如母線短路、負(fù)荷過載、斷路器機(jī)構(gòu)故障、控制回路故障。具體可分為9類：開關(guān)操作把手?jǐn)嚅_開關(guān)跳閘、開關(guān)控制回路電流保護(hù)動(dòng)作跳閘、開關(guān)控制回路故障或異常誤跳開關(guān)、開關(guān)本體過流保護(hù)跳閘、開關(guān)本體速斷保護(hù)跳閘、開關(guān)五防保護(hù)動(dòng)作跳閘、開關(guān)手動(dòng)操作插入手柄跳閘、開關(guān)自由脫扣機(jī)構(gòu)故障跳閘、開關(guān)操作機(jī)構(gòu)儲(chǔ)能彈簧故障。現(xiàn)將開關(guān)跳閘原理及偷跳可能性進(jìn)行逐項(xiàng)分析：

2.1 開關(guān)操作把手?jǐn)嚅_開關(guān)ZKK。開關(guān)控制回路如圖1所示。此項(xiàng)操作由運(yùn)行人員按操作票執(zhí)行，或者人為故意破壞斷開開關(guān)。查閱運(yùn)行人員操作票及值班記錄，運(yùn)行人員沒有進(jìn)行切換電源或斷開開關(guān)操作。因該配電室配有4個(gè)防火門入口，只有3個(gè)防火門有門禁系統(tǒng)，均未查閱到開關(guān)跳閘前半小時(shí)人員進(jìn)入門禁系統(tǒng)的記錄，但未裝門禁系統(tǒng)無法確認(rèn)沒有人員進(jìn)入，因此，不排除人員破壞的可能。

2.2 開關(guān)控制回路過流保護(hù)動(dòng)作跳閘。此過程通過開關(guān)外保護(hù)電流繼電器動(dòng)作實(shí)現(xiàn)（如圖1所示）。當(dāng)負(fù)荷側(cè)出現(xiàn)短路或者電機(jī)過負(fù)荷下級(jí)開關(guān)拒動(dòng)時(shí)，電流繼電器反時(shí)限保護(hù)動(dòng)作，開關(guān)跳閘，同時(shí)觸發(fā)信號(hào)繼電器掉牌。經(jīng)檢修人員確認(rèn)，開關(guān)跳閘時(shí)，信號(hào)繼電器未動(dòng)作，開關(guān)保護(hù)回路傳動(dòng)正常，且汽機(jī)#1MCC電源（二）所帶負(fù)荷未發(fā)現(xiàn)堵轉(zhuǎn)或短路情況。因此，此項(xiàng)可以排除。

2.3 開關(guān)控制回路兩點(diǎn)接地誤跳開關(guān)。當(dāng)開關(guān)控制回路出現(xiàn)兩點(diǎn)接地時(shí)，可能導(dǎo)通開關(guān)跳閘回路，導(dǎo)致開關(guān)跳閘。經(jīng)檢修人員確認(rèn)，開關(guān)二次回路對(duì)地絕緣500MΩ，可以排除控制回路此項(xiàng)。

2.4 開關(guān)本體過流及速斷保護(hù)動(dòng)作跳閘。如圖2、圖3所示。2011年5～6月份#2機(jī)B級(jí)檢修期間，#2機(jī)所有ME開關(guān)本體過流保護(hù)已拆除，負(fù)荷的過流及速斷保護(hù)由外部保護(hù)回路電流繼電器動(dòng)作實(shí)現(xiàn)（本體的過流、速斷保護(hù)誤差較大，在合閘過程中出現(xiàn)過誤動(dòng)。為避免此種情況，故#1A檢修中同類型斷路器先進(jìn)行了拆除工作，#2B檢修中也進(jìn)行了拆除，但沒有拆除徹底。）但在#2機(jī)汽機(jī)#1MCC電源（二）電源開關(guān)跳閘后檢查發(fā)現(xiàn)，開關(guān)上的脫扣機(jī)構(gòu)并未完全拆除，雖不具備本體過流保護(hù)功能，但存在誤動(dòng)的可能性。

2.5 開關(guān)五防機(jī)構(gòu)動(dòng)作跳閘。開關(guān)工作位合閘狀態(tài)下，將開關(guān)向外搖出時(shí)，開關(guān)防止帶負(fù)荷拉導(dǎo)致機(jī)構(gòu)動(dòng)作，開關(guān)跳閘。經(jīng)檢修人員現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)，開關(guān)跳閘后處于工作位沒有位移現(xiàn)象，開關(guān)進(jìn)出車機(jī)構(gòu)搖把在開關(guān)跳閘前一直在集控室保存，沒有借用搖把記錄以及將此開關(guān)搖出的操作記錄。可以排除開關(guān)合閘狀態(tài)下人員搖出機(jī)構(gòu)導(dǎo)致開關(guān)跳閘。

2.6 開關(guān)本體操作手柄跳閘，如圖4所示。當(dāng)開關(guān)電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)拒動(dòng)時(shí)，可通過旋轉(zhuǎn)開關(guān)操作手柄緊急分開開關(guān)。經(jīng)檢修人員確認(rèn)，開關(guān)合閘狀態(tài)下，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)開關(guān)操作手柄，開關(guān)跳閘。與第一項(xiàng)原因相同，無法排除人員進(jìn)入配電室后故意選擇操作手柄導(dǎo)致開關(guān)跳閘。

2.7 開關(guān)自由脫扣機(jī)構(gòu)故障跳閘。如圖5、圖6、圖7所示。開關(guān)的斷開最終是通過自由脫扣機(jī)構(gòu)中半軸移動(dòng)扣板脫落，使連桿機(jī)構(gòu)解體而實(shí)現(xiàn)。開關(guān)操作機(jī)構(gòu)經(jīng)多次跳閘和合閘后，自由脫扣機(jī)構(gòu)如果嚴(yán)重磨損，可能會(huì)出現(xiàn)開關(guān)再扣困難，脫扣容易，有時(shí)勉強(qiáng)扣住，一遇振動(dòng)，則自行脫扣；有時(shí)再扣后，一合閘就滑扣。為了使自由脫扣機(jī)構(gòu)能使斷路器可靠地合閘及可靠地自動(dòng)斷開，當(dāng)操作機(jī)構(gòu)的貯能彈簧將能量釋放通過連桿的傳動(dòng)使圖5、圖6、圖7中的杠桿順時(shí)針旋轉(zhuǎn)從而帶動(dòng)觸頭系統(tǒng)。使斷路器處在合閘位置，圖6中扣指與半軸的間隔應(yīng)為0.2mm～1mm，“a”值應(yīng)調(diào)整為4mm～4.5mm，此要求可通過調(diào)節(jié)螺桿來達(dá)到，需要在今后的檢修中排查確認(rèn)。

經(jīng)檢修人員現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，開關(guān)跳閘后，先將開關(guān)搖至試驗(yàn)位分合3次，分合正常；對(duì)開關(guān)進(jìn)行解體檢查，手動(dòng)分合閘不少于6次，均動(dòng)作正常，無拒動(dòng)，無偷跳；將開關(guān)重新放到試驗(yàn)位，合閘后模擬外部振動(dòng)，用手拍開關(guān)，開關(guān)未跳閘，試驗(yàn)位分合閘3次，開關(guān)正常動(dòng)作。因此，可以排除開關(guān)自由脫扣機(jī)構(gòu)故障跳閘。結(jié)合制造廠意見及相關(guān)技術(shù)資料，因自由脫扣機(jī)構(gòu)造成斷路器跳閘的可能性很小。

2.8 開關(guān)操作機(jī)構(gòu)儲(chǔ)能彈簧故障。如圖8所示。操作機(jī)構(gòu)的開斷儲(chǔ)能彈簧在多次拉伸后松弛或失去彈性，閉合力變小，合閘時(shí)，斷路器的四連桿機(jī)構(gòu)無法推到死點(diǎn)位置，機(jī)構(gòu)不能自保持在合閘位置，因此，開關(guān)不能正常閉合。通過第八項(xiàng)進(jìn)行的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，此項(xiàng)可以排除。

2.9 開關(guān)直流控制回路中竄入交流干擾分量。開關(guān)跳閘后，將開關(guān)搖至“試驗(yàn)”位，在母線段運(yùn)行方式未發(fā)生改變的情況下，開關(guān)分合正常；開關(guān)跳閘時(shí)，同一直流控制母線上其他開關(guān)未發(fā)生誤動(dòng)和偷跳；此開關(guān)為就地把手控制方式，沒有長(zhǎng)控制電纜分布電容的存在。此項(xiàng)可以排除。

2.10 開關(guān)最低分閘電壓偏低。因開關(guān)跳閘回路中串有開關(guān)合閘指示燈，因指示燈自身的高阻值，正常運(yùn)行中通過的電流很小，若直流控制母線電壓較高且開關(guān)最低分閘電壓下降時(shí)，也可以導(dǎo)致開關(guān)跳閘。因機(jī)組急于啟動(dòng)等因素，未對(duì)開關(guān)做最低分閘電壓試驗(yàn)，這個(gè)因素需要有檢修機(jī)會(huì)時(shí)驗(yàn)證。

3.下一步工作的方向

通過對(duì)ME開關(guān)可能跳閘的所有誘因進(jìn)行分析，排除人為因素，#2機(jī)汽機(jī)#1MCC電源（二）跳閘的原因有3個(gè)：

（1）#2機(jī)同類型開關(guān)本體的過流、速斷保護(hù)脫扣機(jī)構(gòu)未徹底拆除。

（2）開關(guān)自由脫扣機(jī)構(gòu)間隙尺寸不符合“0.2mm～1mm”的要求，導(dǎo)致開關(guān)自由脫扣機(jī)構(gòu)解扣、開關(guān)跳閘。

（3）開關(guān)跳閘線圈最低動(dòng)作電壓偏低。當(dāng)直流母線電壓擾動(dòng)時(shí)，跳閘線圈無法躲過電流峰值動(dòng)作，開關(guān)跳閘。

現(xiàn)已將排查以上3個(gè)因素列入同類型開關(guān)停電檢修計(jì)劃。利用停電機(jī)會(huì)對(duì)同類型斷路器按“結(jié)論”中的原因進(jìn)行排查、消除后觀察確認(rèn)。

結(jié)語

開關(guān)偷跳具有很大的偶然性，也是電氣檢修人員遇到的最難解決的問題之一。由于我公司ME開關(guān)均是15年以上的“老齡化”設(shè)備，設(shè)備的開停次數(shù)及保護(hù)動(dòng)作跳閘次數(shù)所造成的沖擊，對(duì)ME開關(guān)機(jī)械聯(lián)鎖部分有著累計(jì)性的影響，再加上來自內(nèi)部的金屬性疲勞，來自外部的不良鹽塵環(huán)境，都可能引起開關(guān)瞬時(shí)跳閘。雖然在開關(guān)跳閘后檢修人員做了大量的工作，但始終無法模擬到使開關(guān)偷跳的合理邏輯關(guān)系。下一步需要繼續(xù)對(duì)未排除的因素進(jìn)行驗(yàn)證，同時(shí)加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)門禁系統(tǒng)管理，找到引起開關(guān)跳閘的真正原因，采取應(yīng)對(duì)措施防止此類事件的發(fā)生。

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