水電廠發電機非全相停機故障分析及對策

周少兵

(安康水力發電廠，陜西 安康 725000)

水電廠發電機非全相停機故障分析及對策

周少兵

(安康水力發電廠，陜西 安康 725000)

分析了發-變組開關非全相運行故障的原因，指出開關斷路器分閘時振動大是造成開關非全相運行的主要原因，并給出了從二次回路改進、開關更新、修改操作流程、加強設備管理等方面應采取的防范措施，提高了水電廠開關設備運行的可靠性。

水電廠；發電機；停機故障；非全相運行

1 概述

某水電廠總裝機容量為4×200?MW+1×5.25 MW。1990年12月該水電廠首臺機組發電，1992年12月全部機組投產發電，是陜西省境內最大的水電廠，擔負著系統的調峰、調頻和事故備用任務。發-變組采用單元接線方式，主接線采用雙母加母聯接線方式，其中330?kV?3回出線分別與陜西省主網相連。

水電廠的電氣一次主接線如圖1所示。

圖1 電氣一次主接線示意

2 330 kV GIS 發-變組斷路器存在的問題

該電廠由于擔任了電網的調峰、調頻任務，發電機組開、停次數較多，發-變組出口開關操作頻繁。因330?kV開關分、合閘時振動大，造成開關機構連接件松動，給主設備帶來了重大安全隱患。

2011-01-18，運行人員巡回發現3302開關、3303開關SF6壓力監視表與底座脫焊，所幸未造成SF6氣體泄露事故。2011-01-24，運行人員巡回發現3302，3303，3304等開關機構緊固件連接螺栓松動，因發現及時并立即緊固，未造成設備故障。2011-05-05，檢修人員定檢3305開關，發現A相開關機構控制摯子軸桿即將脫落，B相控制閥3個M12螺栓松動等重大設備缺陷。因發現及時并進行處理，未造成開關非全相故障。

2012-05-17，3號發電機停機過程中開關解列后機組發出“嗡嗡”的異音，持續約2?s。查故障記錄知斷路器跳閘時間：B相20:47:56:666，A相20:47:56:676，C相20:47:58:974，C相延遲了約2.3?s。“電調主閥動作”和“3303合位送機組狀態監測”及“機組跳發-變組斷路器”時間均為20:47:56:280，并報出“轉子滅磁過電壓”光字。故障期間轉子電流最高1?750?A，“機組導葉大于全關”及“CB三相不同期報警”信息時間為20:47:57:690。對開關站3303間隔、風洞檢查無異常，測量發電機轉子絕緣合格。經檢查分析，認為是3303開關斷路器C相跳閘回路輔助接點因分閘時開關巨大的振動而抖動，引起開關跳閘時間延遲；又因開關非全相運行時間很短，所以未對3號發-變組造成損害。

3 水輪發電機停機時非全相運行的危害

（1）目前水輪發電機停機操作步驟是：先將發電機有功、無功功率降為0，然后再發停機指令。如果這時發-變組開關發生一相或者二相未斷開，停機程序仍繼續執行發電機逆變滅磁和全關水輪機導葉流程，這時發電機進入非全相運行狀態。開關本體的三相不一致保護及發電機負序保護動作，以跳開本身開關；但因開關拒動，由負序保護啟動開關失靈保護，跳開同一母線上相鄰運行開關元件，造成停電范圍擴大，甚至會發生全廠對外停電的重大事故。

（2）水輪發電機在開關非全相又遇到導葉全關并滅磁時，非全相運行對機組造成的危害更嚴重。

（3）開關非全相運行，如一相或二相開關在合位，主變壓器中性點直接接地，這時主變壓器中的零序電流3I0約為正常相電流的2倍；如負荷電流較大時發生非全相運行，處理不及時將會燒壞變壓器繞組。

4 開關振動原因分析

該水電廠330?kV?SF6全封閉組合電氣(GIS)由西安高壓開關廠與日本三菱公司合作生產，斷路器型號為LW13-33(300-SFMT-50B)，自1990年投產已運行近20年，設備老化嚴重，運行中多次發生開關非全相運行故障，威脅主設備的安全。

為消除設備隱患，該水電廠和西安高壓開關廠于2010-03-06開始對330?kV?GIS斷路器進行更換。新的GIS?330?kV斷路器型號為LWG23-363。1號發電機接在110?kV側，更改后的發-變組斷路器采用彈簧操動機構，不存在操作振動大的問題。330?kV新、舊斷路器結構特點對照情況如表1所示。由表1可以分析出：

(1)?330?kV?GIS開關由雙斷口更換為單斷口立式結構后，為提高開關分閘速度，將操作氣壓由1.5?MPa提高到1.6?MPa，開關分閘時振動較大，且分閘聲過大，人員不敢靠近；

(2)?該水電廠為壩后式廠房，330?kV?GIS設備安裝在樓板上，斷路器正常操作的剩余能量不能像直接安裝在地基上那樣被有效吸收，引起開關振動幅值異常增加。

5 防范及整改措施

5.1 停機流程三相全部跳開判據的改進

5.1.1 ??原停機流程存在的問題

經查看圖紙發現，原停機流程中的開關輔助接點(常開)，是三相串聯后接入發電機停機回路的。此接法的本意是停機令加上開關三相全部跳開后再執行發電機逆變滅磁和全關導葉指令；但串聯接法無法區分一相、二相還是三相跳開，無法確保三相全跳開后停機，埋下了非全相故障隱患。

5.1.2 ??回路改進

如果將上述輔助接點由三相串聯改為三相并聯接入停機回路(見圖2)，當開關發生一相或二相未跳開時，繼電器Y1或者Y2常閉接點始終打開，機組停機回路M1，T1不會作用于發電機逆變滅磁及導葉全關，機組維持空載額定轉速運行，為運行人員倒閘隔離故障開關提供了時機。

圖2 發電機停機控制回路

表1 斷路器操動結構的特點對照

2012年6月，該廠將2～4號發-變組斷路器輔助接點由串聯改為并聯接入發電機停機控制回路(1號發-變組為三相操動機構，停機控制回路原來只用1對常開接點，無需改進)，從判斷三相全斷開原理層面上防止了斷路器非全相停機故障的發生。

5.2 修改停機流程

(1)?修改現場操作規定，將水輪發電機從電網解列停機的流程改為：運行人員先將發電機有功、無功功率降至0，再斷開發-變組斷路器，經現場確認斷路器三相均已分開后，再下發“停機”指令停機。

(2)?水輪發電機開機并網操作也重新規定：發電機并網后，運行人員先確認發-變組斷路器三相均已合上，再增加有功、無功功率。

5.3 斷路器更新

為了徹底消除設備隱患，從2014年3月起，該電廠相繼將2～4號發-變組斷路器更換為西安高壓開關廠生產的LWG-363/Y3150-50G型液壓彈簧操動機構斷路器。陜西省電科院現場測試表明，該型號斷路器動作3?000次無異常，具有分閘速度快、振動小、易維護等優點，非常適用于該水電廠現場運行。

5.4 加強對斷路器的管理維護

目前，該水電廠還有330?kV線路、母聯、5號聯變高壓側GIS開關暫未更新，它們存在與原1～3號發-變組開關相同的缺陷。因此，必須加強對此類開關的管理維護。

(1)?斷路器每次分閘操作后，運行值班人員應對斷路器操作機構箱內的設備外觀狀況進行全面檢查，發現異常情況應及時采取措施并通知檢修部門檢查、處理。

(2)?加強對斷路器操作機構箱的檢查、緊固處理。運行經驗表明，尚未更新的斷路器分、合閘動作累計超過30次，斷路器機構緊固螺栓就會有松動現象。因此，檢修部門應在斷路器分、合閘動作累計30次時，對斷路器操作機構箱進行檢查、緊固工作。

(3)?加強對斷路器輔助接點的檢查和調整，確保輔助接點轉換、接觸可靠。對于發-變組停機回路中三相并聯接點，還必須進行回路完好性檢查和試驗。

6 結束語

(1)?將水電廠發-變組斷路器更換為液壓彈簧操動，是消除振動、提高開關設備安全可靠性的根本性措施。

(2)?開關輔助接點并聯接入機組停機回路，是防止非全相故障的有效技術安全措施。該水電廠3臺發-變組開關換型改造時即采用了此改進措施。

（3）該水電廠3臺發-變組開關換型改造完成后，采用修改后的運行操作管理規定，為防止發電機非全相停機故障又增加了一層防護。

（4）斷路器更新選型時，應充分考慮斷路器安裝位置對其操作性能的影響；須經充分論證，在可行性、可靠性得到確認的前提下立項施工，避免因選型不當、匆忙上馬而造成損失。

1?周廷虎．安康水電廠計算機監控系統改造[J]．水電廠自動化，2005(3).

2?高春如．大型發電機組繼電保護整定計算與運行技術[M].北京：中國電力出版社，2010.

2014-11-13；

2015-02-13。

周少兵(1972-)，男，工程師，主要從事水電廠運行工作，email：guangming09577@163.com。