水輪發電機組出口開關拒動的危害分析

胡成佑

（青海大唐國際直崗拉卡水電開發有限公司，青海 尖扎 811999）

水輪發電機組出口開關拒動的危害分析

胡成佑

（青海大唐國際直崗拉卡水電開發有限公司，青海 尖扎 811999）

摘要：對在發電機不同的運行環境下出口開關故障拒分閘會帶來的不同嚴重后果進行簡單地分析，并介紹發電機出口開關故障拒動的處理方法。

關鍵詞：發電機；開關；拒動；危害分析

發電機出口開關具有完善的滅弧裝置和高速傳動機構，主要任務就是切斷和接通發電機在各種狀態下的電流及正常零漂電流，電氣故障下的額定負荷電流以及電氣設備事故狀態下的短路電流等，發電機出口開關還擔負發電機的同期合閘功能，要求三相同步分/合閘。操作機構是開關的關鍵機構，操作機構由儲能機構、合閘機構、脫扣機構等組成，開關機構最重要的是操作可靠。

1出口開關拒動危害分析

（1）當機組在正常的開機操作中遇到發電機出口開關拒動時，會延遲甚至會導致開機失敗，在電網系統負荷緊張時會影響系統穩定運行。

（2）當機組在正常停機操作中遇到發電機出口開關拒動時，延長停機時間，操作不慎很容易發生意外事故，甚至會造成上一級開關分閘，相鄰設備停運，給公司造成不必要的損失。

（3）當機組出現故障或事故保護裝置啟動，發電機組的勵磁開關、出口開關跳閘，同時調速系統啟動事故流程，進行關閉機組原動力，此時，如果遇到發電機出口開關拒動，會造成很大的危害。

1）發電機故障保護裝置啟動并出口，而出口開關故障拒跳閘時，發電機定子與電網保持聯接狀態，各廠的接線關系不同，都有可能勵磁系統跳閘退出運行，造成發電機失磁、失步運行，此時，非線性滅磁電阻投入運行狀態，轉子回路經滅磁電阻構成合環，將發動機運行狀態轉變為異步運行狀態。

2）合環的轉子繞組和磁極阻尼繞組在定子旋轉磁場下旋轉，產生強大的感應電流，導致滅磁開關柜非線性滅磁電阻發熱燒毀。

3）轉子阻尼繞組在旋轉的定子磁場中產生感應電流，維持發電機轉子以異步狀態運行，因發電機原動力消失，水輪機增加轉子的轉動負荷，因而加大轉子阻尼繞組的電流，引起發電機振動增大，轉子阻尼繞組中的感應電流超過其承受極限電流而發熱，造成阻尼繞組連接片變形松動，嚴重時熔斷。

4）發電機組磁場的變化加上水輪機水流流態的變化，引起機組劇烈震動，加大機械系統的負荷，嚴重影響機組安全。

5）機組在此故障狀態下運行，大量從系統中吸收無功功率，定子無功電流劇增，導致定子線棒發熱、震動、承受巨大的電動力而松動，絕緣受損。

6）由于燈泡貫流式機組的特性，當機組處于異步運行且導水葉關閉的情況下，在主軸密封處產生真空區域，主軸密封水消失，在劇烈的震動中主軸密封損壞造成水淹事故。

2發電機出口開關故障拒動處理方法

當發電機出口開關在故障情況下，保護裝置啟動出口動作時，就發電機出口開關跳閘拒動情況，按照以下4種情況進行分析。

（1）發電機出口開關拒分，勵磁系統工作正常，導葉空載。

此類情況，調速系統和勵磁調節器在正常工作狀態，實際上就是發電機正常的空載運行狀態，水輪發電機各項參數都會在正常范圍內運行，不同的是，此時發電機輸出功率為“零”，水輪機輸入功率與水輪發電機維持正常額定轉速下的功率消耗相持平，運行值班人員，應保持冷靜。

處理方法：

1）全面檢查后，取消本次操作，將發電機組恢復到發電運行狀態，尋找合適的處理時間進行處理。

2）必要時聯系調度，把同一上級開關下相鄰設備申請停運，完成后再申請使用上級開關對發電機進行解列操作。

（2）發電機出口開關拒分，勵磁系統工作正常，導葉全關到“零”。

此時，發電機處于調相運行狀態，發電機參數：有功功率為負值，功率因數很低，發電機大量從系統吸收有功功率發出無功功率，發電機勵磁電流（過勵磁，欠勵磁）決定發電機向系統輸出感性無功功率還是容性無功功率。但是無論怎樣，都屬于發電機的一種運行狀態，不會對發電機造成損害。

處理方法

此時運行人員只要將水輪機導水葉打開到空載開度及以上即可，之后再聯系調度，把同一上級開關下相鄰設備申請停運，完成后再申請使用上級開關對發電機進行解列操作。

（3）發電機出口開關拒分，滅磁開關跳閘，導葉空載。

此種狀態為發電機深度進相運行或失磁運行狀態。

發電機失磁后的現象：

1）發電機定子電流和有功功率在瞬間下降后又迅速上升，而且比值增大，并開始擺動。

2）發電機失磁后，如果水輪機輸入功率為正，還能發一定的有功功率，并保持送出的有功功率的方向不變，但功率表的指針周期性擺動。

3）定子電流增大，其電流表指針也周期性擺動。

4）發電機從送出無功功率變為吸收無功功率，其指針也周期性的擺動。吸收的無功功率的數量與失磁前的無功功率的數量大約成正比。

5）轉子回路感應出滑差頻率的交變電流和交變磁勢，故轉子電壓表指針也周期性的擺動。

6）轉子電流表指針也周期性的擺動，電流的數值較小。

7）當轉子回路開路時，由轉子本體表面感應出一定的渦流而構成旋轉磁場，也產生一定的異步功率。

發電機失磁對發電機和系統都會產生不利的影響，對系統的影響是：

1）使系統出現無功功率缺額；

2）造成其他發電機過流。

對發電機本身的影響是：

1）轉子的損耗增大造成轉子局部發熱；

2）發電機受交變異步功率的沖擊而發生振動。

一般來講發電機失磁保護會動作，后備保護啟動。

發電機保護動作后，跳開上一級開關，發電機解列，此時按照正常停機程序停機，如果保護未動作或上一級開關跳閘失靈，發電機定子端部漏磁通變化比增大，使得端部發熱最嚴重，發電機定子線圈溫度將急劇上升。母線電壓降低，運行中的各電氣設備，因母線電壓降低，電流增大，導致設備發熱，損壞設備絕緣。

處理方法：

1）若失磁是由于滅磁開關誤跳閘引起，應立即重合滅磁開關，迅速恢復勵磁系統，緩慢增加發電機勵磁，切忌快速大幅度調節直至系統恢復正常運行。

2）重合滅磁開關不成功，則立即拉開上一級開關，對發電機進行解列停機；

3）失磁保護動作但出口開關拒動，按第2）款事故停機處理；但是失磁后允許運行時間為15min。

監盤人員應嚴密監視發電機定子鐵芯的溫度，保證發電機定子鐵芯、繞組允許最高溫度不超過130℃。

（4）發電機出口開關拒分，滅磁開關跳閘，導葉全關。

此種狀態實際上就是將發電機轉為三相異步電動機運行狀態，此時，發電機定子產生旋轉磁場，勵磁繞組、非線性電阻構成回路，阻尼環回路構成轉子回路，在磁場中旋轉，轉子回路產生強大的感應電流致使勵磁開關柜中的非線性電阻燒熔，開關柜起火，轉子阻尼繞組嚴重發熱，阻尼環連接片燒熔，轉子磁極發熱，定子線棒發熱，定、轉子絕緣受損。

處理方法：

立即拉開上一級高壓開關解列發電機進行事故停機，對同一單元變壓器所連接相鄰發電機進行事故停機。

在以上“發電機出口開關拒分，滅磁開關跳閘，導葉空載”；“發電機出口開關拒分，滅磁開關跳閘，導葉全關”兩種故障運行方式下，如果拉開上一級高壓開關（高壓開關拒動）失敗，則拉開高壓母聯開關，拉開故障發電機單元變壓器對應的線路開關，解列故障發電機。值得注意的是拉開母聯開關和線路開關時，會將同一高壓母線運行的其他變壓器解列，甩

負荷解列發電機較多，操作任務繁重，操作時間緊張。

3結束語

通過上述分析得知，發電機出口開關或變壓器高壓開關，在不同的運行環境下，開關發生拒動會引發不同的事故狀態，而且牽連無故障發電機甩負荷切機，操作量大時間緊。如果發電機容量較大，有可能會引起電力系統的震蕩，造成較大的社會影響。正確操作可避免故障發展為事故的機率，為此作為電力系統運行單位來講，提前做好事故預想和分析，對防范重大事故的發生很有效。

消除以上事故隱患的唯一方法就是定期進行預防性試驗，按照電氣設備運行規程要求，在開關分/合次數達到規定要求時及時對開關動、靜觸頭以及開關的操作機構進行檢查保養，提高運行可靠性。

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中圖分類號：TM56

文獻標識碼：A

文章編號：1672-5387（2015）12-0034-03

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.12.012

收稿日期：2014-07-31

作者簡介：胡成佑（1970-），男，工程師，從事水輪發電機組運行技術管理和研究等工作。