發電機出口開關儲能失去分析及處理

鈕志峰，程 途

(江蘇華電戚墅堰發電有限公司，江蘇 常州 213011)

0 引言

配置液壓彈簧操作機構的開關在電力行業有著廣泛的應用，此類機構具有結構緊湊、可靠性高、傳動效率高等優點。開關每完成一次分閘或合閘操作，都需要通過其液壓儲能機構儲能油泵進行打壓，壓縮彈簧對已釋放部分儲能進行恢復。開關操作次數的多少決定了儲能機構動作的頻繁程度，頻繁動作易引起儲能電機、傳動機構等損壞。另外，液壓機構屬于高油壓機構，活動部位的頻繁動作也易造成局部磨損引起泄漏等情況發生。上述因素導致的開關故障時有發生，對此類故障如果不能夠及時準確發現和處理，會造成開關控制的設備無法正常投退。一旦系統發生故障，開關不能正確、迅速地動作，將導致故障擴大的嚴重后果[1]。

1 設備概況

某公司采用S109FA燃氣蒸汽聯合循環機組，2005年投運，主要以調峰運行為主，起停頻繁。機組由GE公司PG9351FA型燃機、D10型汽輪機、390H型全氫冷發電機及福斯特惠勒公司的三壓再熱自然循環余熱鍋爐組成。發變組采用單元制接線，廠用電取自接于主變低壓側的高廠變。發電機出口設有ABB公司生產的HECS-100XL型SF6組合開關(GCB)，作為發電機正常并網解列點，開關操作機構為HMB-4型液壓彈簧機構。

2 異常情況及處理

2019年某日，2號機組正常啟動，發電機并網前出口開關(GCB)狀態正常。當發電機出口開關合閘并網后，先后出現“開關閉鎖合閘”“開關分合閘線圈斷線”“開關閉鎖跳閘”及“開關儲能超時”告警。

檢查開關本體狀態發現：液壓機構儲能彈簧處于完全釋放狀態，開關儲能失去；控制回路電源、儲能電源均完好；SF6氣體密度正常。對開關操作機構進行常規故障類型診斷檢查[2]得知：儲能電機試啟正常；傳動齒輪完好；開關分、合閘線圈電阻正常，未有燒損現象；液壓機構油位正常，未有外部滲漏油現象。

此時，發電機出口開關在“開關閉鎖合閘、跳閘”狀態下，開關不能完成分閘操作，發電機無法正常解列。當發生異常情況時，開關無法快速分閘切斷故障，只能靠其失靈保護啟動跳開主變高壓側開關，廠用電由快切裝置切至備用電源供電，延長切除故障時間，會擴大停電范圍，危及設備安全。

通常情況下，此類故障的處理原則措施是通過其上級開關代替故障開關進行隔離操作。為了確保安全，運行人員將本機組廠用電提前切換至備用電源供電，然后通過主變壓器高壓側開關代替發電機出口開關完成發電機解列操作，發電機解列后，在燃機控制系統中強制“發電機出口開關狀態閉鎖機組盤車”條件，完成停機操作及機組盤車投入，將故障開關隔離檢修。

3 原因分析

從異常現象和現場檢查情況判斷，開關液壓系統存在異常是引起儲能失去原因的查找方向。開關機構主要由1臺油泵、3個油缸、1個儲能彈簧、1套控制模塊、1個合閘電磁閥、2個分閘電磁閥以及相關附件構成。發電機出口開關機構原理(分閘狀態)如圖1所示。

圖1 開關機構原理（分閘狀態）

故障前，開關處于分閘狀態，機構儲能狀態正常，油泵也未有頻繁打壓的情況，可基本排除液壓系統的靜態回路存在泄漏的可能性。開關合閘后，瞬間出現異常報警，開關從分閘到合閘狀態變換主要通過開關的合閘電磁閥對控制模塊進行操控完成，開關合閘后控制模塊完成高低壓油路的切換，在切換后出現了異常情況。

下面通過對比開關分閘、合閘狀態下液壓油路進行分析。

開關在分閘狀態下，即故障前狀態。控制模塊在分閘位，合閘電磁閥關閉狀態，電磁閥兩側為高、低壓油區，如合閘電磁閥存在泄漏，則高壓油會泄漏至低壓區，高壓油不能維持油壓，開關儲能彈簧在沒有油壓的束縛下就會釋放，油泵會頻繁啟動保壓。實際情況未有此現象，可排除合閘電磁閥存在泄漏可能性。此時，兩個分閘電磁閥兩側均為低壓油區，如果分閘電磁閥存在泄漏，油壓也不會產生變化，儲能彈簧不會有任何異常反應。

開關在合閘狀態下，也就是故障狀態。開關控制模塊從分閘狀態轉換為合閘狀態，合閘電磁閥兩側均轉換為高壓油區，此時電磁閥泄漏與否，油壓不會產生任何變化，對彈簧儲能與否沒有影響。兩個分閘電磁閥的兩側則均轉換為高、低壓油區，如任一只電磁閥存在泄漏，高壓油通過該電磁會漏至低壓區，高壓油難以維持壓力，儲能彈簧在沒有油壓保持的情況下釋放，油泵自動投入運行進行打壓。如果泄漏較大，油壓長時間無法恢復，3 min后儲能彈簧不能儲能到位，油泵超時自停。由于開關儲能未能恢復，失去分、合閘能力，被閉鎖。

報警時序信息也印證了上述情況。開關合閘時，高壓油經合閘電磁閥進入開關導桿下部，推動導桿完成合閘操作，由于分閘電磁閥存在泄漏，一部分高壓油經分閘電磁閥進入低壓油系統。開關正常儲能即可完成合分—合分操作循環，由于存在泄漏，所以開關完成一次合閘操作，彈簧存儲的能量釋放量超過正常情況，導致開關合閘后即出現“合閘反饋”“閉鎖合閘”與“開關分合閘線圈斷線”信號（開關正常分合閘操作無上述報警信號出現）。3 s后，高壓區油壓進一步降低，發出“開關閉鎖跳閘”信號，彈簧儲能完全釋放。在彈簧釋放過程中，雖然儲能油泵已經投入，由于高低壓油路存在泄漏，3 min后彈簧儲能未能恢復，油泵運行超時自停。

通過以上分析，開關合閘后儲能失去的原因是開關分閘電磁閥未關閉到位，油路存在泄漏，導致開關合閘后高壓油區不能維持壓力、彈簧儲能釋放，引起開關異常。拆解檢查分閘電磁閥，發現其中一個電磁閥存在卡澀現象，不能有效關閉，印證了上述分析結論。因開關投運時間較長，操作次數較多，部件存在老化磨損問題，對分、合閘電磁閥全部進行更換，處理后開關恢復正常投運。

4 措施建議

在開關分閘操作完成后，由于開關分閘電磁閥關閉不到位，存在泄漏的情況，在開關分閘操作后不會有任何異常表現，屬于比較隱蔽的故障。現有的開關監測系統無法判斷預警此類故障，只有在開關由分閘狀態轉換到合閘狀態后才會暴露，屬于突發性故障，給現場處理帶來一定的困難。

在現有的條件下，需要從運行和維護兩方面著手應對此類故障。運行方面，編制此類故障的應急處置方案，在發生此類故障時能正確有效的進行處置，避免故障擴大化。維護方面，按設備維護規定做好定期檢查試驗，及時排查隱患和缺陷；加強維護人員的技術培訓，以在出現故障時，縮短排查時間，提高處置效率；對運行年限較長、操作頻繁的開關，及時更換分合閘電磁閥或儲能機構；做好備品備件的儲備，避免出現此類情況時，由于短時采購不到備件，影響設備的投運。從現場實際更換電磁閥的作業看，更換電磁閥的操作時間較短，數分鐘即可解決，更換難度不大，同時損失的液壓油極少，一般不需要進行液壓油加注。在確定因分閘電磁閥關閉不到位引起儲能失去的情況下，確保其他條件滿足時，閉鎖開關動作，即可進行分閘電磁閥在線更換，可以避免不必要的設備停運。

5 結束語

大型電力開關的分閘電磁閥泄漏造成的開關拒動故障并不常見，但該類故障一旦發生，有可能造成較大的事故及經濟損失，因此如何避免該情況的發生是電力企業必須重視的問題。處理該問題需要從運行和維護兩方面相結合考慮，從提高設備的可靠性和應急處置能力著手，確保設備的安全運行。