大型發電機出口斷路器冷卻系統告警分析

陳志勇

(廣東紅海灣發電有限公司，廣東汕尾 516600)

0 引言

大型發電機組裝設出口斷路器具有簡化操作程序，提高供電可靠性，增強保護的動作選擇性和故障分辨能力等優點。發電機出口斷路器冷卻系統作為發電機出口斷路器的重要組成部分，對發電機出口斷路器的安全穩定運行具有至關重要的作用。

廣東紅海灣發電有限公司一期3、4號機組為2×660 MW燃煤機組，3、4號機組采用發電機-變壓器組單元接線，發電機設置出口斷路器。出口斷路器冷卻系統采用風扇冷卻，分相設計，每相分為A、B兩組冷卻風機，由4個軸流風機M01、M02、M03、M04和2個離心風機M05、M06組成，用于冷卻出口斷路器頂部散熱管中的SF6氣體。A組冷卻風機由2個軸流風機M01、M02和1個離心風機M05組成，B組冷卻風機由2個軸流風機M03、M04和1個離心風機M06組成。出口斷路器A、B、C三相分別設置一級、二級、三級告警，當某相出現故障時，對應的告警燈點亮。同時，出口斷路器每相設置一個復位按鈕，當報警燈點亮時，按下面板上的復位按鈕，若報警消失則表示故障消失，否則表示報警長期存在，需要進一步檢查處理。

1 原理分析

風冷系統的啟停原則是當旋轉開關在“AUTO”位置時，出口斷路器合閘時風冷系統啟動，出口斷路器分閘時冷卻系統停止。兩組冷卻風機一組運行、另一組備用，24 h自動切換。當旋轉開關在“GRA”或“GRB”位置時，則該組風扇長期運行。具體的出口斷路器風扇配置見圖1。其中M01、M02、M03、M04為軸流式風機，M05、M06為離心式風機。H13、H33、H53為一級告警指示燈，H14、H34、H54為二級告警指示燈。H15、H35、H55為三級告警指示燈。H13、H33、H53為復位按鈕，H11和H12為旋轉開關指示燈，當旋轉開關在“GRA”位置時，H11點亮，在“GRB”位置時，H12點亮，在“AUTO”位置，H11、H12都不亮。

圖1 出口斷路器風扇配置圖

為避免啟動風機導致的沖擊電流過大現象，設計采取了分相分批啟動風機的措施，啟動A組冷卻風機時，C相風機、B相風機、A相風機分別由時間繼電器K70、時間繼電器K71、時間繼電器K73分別延時0 s、2 s、4 s啟動風機；啟動B組冷卻風機時，C相風機、B相風機、A相風機分別由時間繼電器K80、時間繼電器K81、時間繼電器K83分別延時0 s、2 s、4 s啟動風機。

出口斷路器冷卻系統設有監視風機運行情況的監視回路，實時監測風機，異常運行情況會發出告警，分為一級故障告警、二級故障告警、三級故障告警。圖2為出口斷路器冷卻系統電路原理圖，當啟動A組冷卻風機的C相、B相、A相時，K70、K71、K73動作，當啟動B組冷卻風機的C相、B相、A相時，K80、K81、K83繼電器動作。

圖2 出口斷路器冷卻系統電路原理圖

2 應用分析

3、4號機組發電機出口斷路器自投運以來，運行情況良好，并未出現任何告警。自2017年起，3、4號機組發電機出口斷路器頻頻出現一級和二級告警。出口斷路器冷卻系統出現一級、二級、三級告警時，故障相的報警燈點亮，顯示故障相回路的風機空氣開關、電流繼電器或電機本身存在故障，實時聯啟備用組風機。下面結合兩種典型的出口斷路器冷卻系統告警現象，來分析發電機出口斷路器的告警原因，并對處理方法進行總結。

2.1 一級告警

2017年1月16日，運行人員在巡檢過程中，發現4號機組發電機出口斷路器風冷系統發出一級故障告警，繼保人員隨即前往現場進行檢查。經現場檢查，發現4號發電機出口斷路器風扇C相一級報警燈亮，B組軸流風機運行正常，A組備用軸流風機已聯啟，符合一級報警的特征。打開匯控柜檢查，發現C相K11、K13繼電器線圈吸合，正常時K11、K13繼電器不應該吸合。結合圖紙進一步檢查，發現K25繼電器線圈帶電，K25繼電器常開接點13、14閉合自保持、K25繼電器線圈吸合，K11、K13繼電器線圈吸合、K01繼電器吸合后，經過5 s發一級報警，聯啟備用軸流風機。圖3為一級報警電路原理圖，當出現一級報警時，S11閉合，KA10電流繼電器觸點帶電，K25繼電器帶電自保持，驅動K11、K13繼電器閉合，K21繼電器閉合，一級報警回路接通，一級報警燈點亮。

圖3 一級報警電路原理圖

經過檢查分析最終確認出口斷路器C相一級報警原因KA10繼電器或K25繼電器故障導致KA10繼電器在通電的瞬間，其常閉接點11、12未斷開或在K25繼電器線圈吸合后，其常閉接點才斷開，導致K25繼電器帶電，從而引發一級告警。確認告警原因后，因機組處于運行狀態，無法在線更換繼電器，繼保人員對C相一級報警進行復位，報警消失。

繼保人員利用4號機組檢修機會，對4號發電機出口斷路器匯控柜內所有繼電器進行校驗，發現KA10繼電器常開接點動作后不能返回，和之前C相一級報警原因分析一致。立即對繼電器進行更換，并進行風扇切換試驗，風扇運行正常。

2.2 二級告警

2017年7月8日，3號發電機出口斷路器冷卻系統發出二級告警。經現場檢查發現3號發電機出口斷路器803開關匯控柜A相A、B兩組冷卻風機均處于運行狀態，控制面板A相二級故障報警。打開匯控柜觀察，發現用于檢測離心風機一次回路電流的KA55欠電流繼電器動作。KA55繼電器延時動作后驅動二級故障中間繼電器K67動作，并聯起了B組M06離心風機。此時，K55與K56繼電器均動作，M05與M06離心風機均處于運行狀態。

手動按下復歸按鈕后，二級報警燈熄滅，K67繼電器返回。同時，KA55欠流繼電器R燈閃爍，經動作延時以后，KA55、K67繼電器相繼動作，風扇二級報警再次發生。在出口開關本體上面檢查M05及M06兩臺離心風機運行狀態，發現兩臺風機均在運行，但M05電機外殼明顯偏熱。使用電流鉗表測量A組M05離心風機電流，測得A相電流0 A，B相電流4.3 A，C相電流4.3 A。斷開M05離心風機動力電源開關Q55，使M05離心風機停運，M06離心風機單獨運行。使用萬用表測量M05離心風機直阻，A、B相間16 MΩ，A、C相間16 MΩ，B、C相間14 Ω，此時確認KA55欠流繼電器動作是因為A組M05離心風機A相中間航空接頭接觸不良導致缺相。隨后，繼保人員聯系一次人員處理電機缺相問題，處理好后風扇二級報警經復位后消失。手動模擬A、B組冷卻風扇切換及M05、M06離心風機切換試驗，多次進行切換結果均正常，未再次發生風扇報警問題。圖4為二級報警電路原理圖，當出現二級報警時，S51接通，KA55電流繼電器觸點接通，K67繼電器閉合，驅動K62繼電器閉合，二級報警回路接通，二級報警燈點亮。

圖4 二級報警電路原理圖

2.3 處理方法總結

從以上兩起典型的告警情況，結合廣東紅海灣發電有限公司3、4號機組發電機出口斷路器冷卻系統的運行情況來看，冷卻系統一級、二級告警較多，三級告警較少。當冷卻系統出現告警時，從一次部分和二次部分來檢查。一次部分可重點檢查電機航空插頭、電機本體，二次部分重點檢查繼電器動作情況以及時間整定和配合問題。

當冷卻系統發出一級告警時，重點檢查軸流風機空氣開關是否在分閘位置、脫扣位置或檢查反應軸流風機運行情況的欠流繼電器KA1動作情況。

當冷卻系統發出二級告警時，重點檢查離心風機開關是否在分閘位置、脫扣位置或檢查反應軸流風機運行情況的欠流繼電器KA2動作情況以及反應離心風機運行情況的欠流繼電器KA3動作情況。

當冷卻系統發出三級告警時，重點檢查離心風機開關是否均在分閘、脫扣位置，檢查一級故障聯啟備用組軸流風機后，反應軸流風機運行情況的欠流繼電器KA1情況以及二級故障聯啟備用離心風機后，反應離心風機運行情況的欠流繼電器情況。需要注意的是，冷卻系統發出一級告警和二級告警，不影響機組運行，維護人員可按上述方法進行重點檢查，當出現三級故障告警時，建議將發電機額定電流降到在14 kA以下，同時密切監視發電機的額定電流，及時查找告警原因消除缺陷，確保機組安全穩定運行[1]。

3 優化建議

第一，將發電機出口斷路器冷卻系統一級、二級、三級告警信號接入DCS。大多數發電機出口斷路器冷卻系統并未接入DCS系統，導致運行人員不能實時監測報警信息，不利于機組的安全穩定運行。通過將告警信號接入DCS，能夠使運行人員實時監視出口斷路器冷卻系統的運行狀況，便于及時處理故障，保證機組的安全運行。

第二，將出口斷路器冷卻系統的軸流風機和離心風機的航空插頭改為接線端子，可有效避免電機缺相。

第三，將出口斷路器冷卻系統內的繼電器改造為插拔式繼電器，便于在線更換，可及時消除缺陷。

第四，定期對出口斷路器冷卻系統用的繼電器進行校驗，對不合格或不靈敏的繼電器進行更換。

4 結論

發電機出口斷路器冷卻系統的安全穩定對機組的安全穩定運行具有舉足輕重的作用[2]。通過分析大型發電機出口斷路器冷卻系統的工作原理以及應用情況，總結了大型發電機出口斷路器冷卻系統的告警原因及處理方法，有針對性的提出了優化建議，為運行維護人員提供了缺陷處理的思路。