周少兵

(安康水力發(fā)電廠，陜西 安康 725000)

水電廠發(fā)電機(jī)非全相停機(jī)故障分析及對(duì)策

周少兵

(安康水力發(fā)電廠，陜西 安康 725000)

分析了發(fā)-變組開(kāi)關(guān)非全相運(yùn)行故障的原因，指出開(kāi)關(guān)斷路器分閘時(shí)振動(dòng)大是造成開(kāi)關(guān)非全相運(yùn)行的主要原因，并給出了從二次回路改進(jìn)、開(kāi)關(guān)更新、修改操作流程、加強(qiáng)設(shè)備管理等方面應(yīng)采取的防范措施，提高了水電廠開(kāi)關(guān)設(shè)備運(yùn)行的可靠性。

水電廠；發(fā)電機(jī)；停機(jī)故障；非全相運(yùn)行

1 概述

某水電廠總裝機(jī)容量為4×200?MW+1×5.25 MW。1990年12月該水電廠首臺(tái)機(jī)組發(fā)電，1992年12月全部機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電，是陜西省境內(nèi)最大的水電廠，擔(dān)負(fù)著系統(tǒng)的調(diào)峰、調(diào)頻和事故備用任務(wù)。發(fā)-變組采用單元接線方式，主接線采用雙母加母聯(lián)接線方式，其中330?kV?3回出線分別與陜西省主網(wǎng)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(fā)-變組斷路器存在的問(wèn)題

該電廠由于擔(dān)任了電網(wǎng)的調(diào)峰、調(diào)頻任務(wù)，發(fā)電機(jī)組開(kāi)、停次數(shù)較多，發(fā)-變組出口開(kāi)關(guān)操作頻繁。因330?kV開(kāi)關(guān)分、合閘時(shí)振動(dòng)大，造成開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)連接件松動(dòng)，給主設(shè)備帶來(lái)了重大安全隱患。

2011-01-18，運(yùn)行人員巡回發(fā)現(xiàn)3302開(kāi)關(guān)、3303開(kāi)關(guān)SF6壓力監(jiān)視表與底座脫焊，所幸未造成SF6氣體泄露事故。2011-01-24，運(yùn)行人員巡回發(fā)現(xiàn)3302，3303，3304等開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)緊固件連接螺栓松動(dòng)，因發(fā)現(xiàn)及時(shí)并立即緊固，未造成設(shè)備故障。2011-05-05，檢修人員定檢3305開(kāi)關(guān)，發(fā)現(xiàn)A相開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)控制摯子軸桿即將脫落，B相控制閥3個(gè)M12螺栓松動(dòng)等重大設(shè)備缺陷。因發(fā)現(xiàn)及時(shí)并進(jìn)行處理，未造成開(kāi)關(guān)非全相故障。

2012-05-17，3號(hào)發(fā)電機(jī)停機(jī)過(guò)程中開(kāi)關(guān)解列后機(jī)組發(fā)出“嗡嗡”的異音，持續(xù)約2?s。查故障記錄知斷路器跳閘時(shí)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(diào)主閥動(dòng)作”和“3303合位送機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)”及“機(jī)組跳發(fā)-變組斷路器”時(shí)間均為20:47:56:280，并報(bào)出“轉(zhuǎn)子滅磁過(guò)電壓”光字。故障期間轉(zhuǎn)子電流最高1?750?A，“機(jī)組導(dǎo)葉大于全關(guān)”及“CB三相不同期報(bào)警”信息時(shí)間為20:47:57:690。對(duì)開(kāi)關(guān)站3303間隔、風(fēng)洞檢查無(wú)異常，測(cè)量發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣合格。經(jīng)檢查分析，認(rèn)為是3303開(kāi)關(guān)斷路器C相跳閘回路輔助接點(diǎn)因分閘時(shí)開(kāi)關(guān)巨大的振動(dòng)而抖動(dòng)，引起開(kāi)關(guān)跳閘時(shí)間延遲；又因開(kāi)關(guān)非全相運(yùn)行時(shí)間很短，所以未對(duì)3號(hào)發(fā)-變組造成損害。

3 水輪發(fā)電機(jī)停機(jī)時(shí)非全相運(yùn)行的危害

（1）目前水輪發(fā)電機(jī)停機(jī)操作步驟是：先將發(fā)電機(jī)有功、無(wú)功功率降為0，然后再發(fā)停機(jī)指令。如果這時(shí)發(fā)-變組開(kāi)關(guān)發(fā)生一相或者二相未斷開(kāi)，停機(jī)程序仍繼續(xù)執(zhí)行發(fā)電機(jī)逆變滅磁和全關(guān)水輪機(jī)導(dǎo)葉流程，這時(shí)發(fā)電機(jī)進(jìn)入非全相運(yùn)行狀態(tài)。開(kāi)關(guān)本體的三相不一致保護(hù)及發(fā)電機(jī)負(fù)序保護(hù)動(dòng)作，以跳開(kāi)本身開(kāi)關(guān)；但因開(kāi)關(guān)拒動(dòng)，由負(fù)序保護(hù)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)失靈保護(hù)，跳開(kāi)同一母線上相鄰運(yùn)行開(kāi)關(guān)元件，造成停電范圍擴(kuò)大，甚至?xí)l(fā)生全廠對(duì)外停電的重大事故。

（2）水輪發(fā)電機(jī)在開(kāi)關(guān)非全相又遇到導(dǎo)葉全關(guān)并滅磁時(shí)，非全相運(yùn)行對(duì)機(jī)組造成的危害更嚴(yán)重。

（3）開(kāi)關(guān)非全相運(yùn)行，如一相或二相開(kāi)關(guān)在合位，主變壓器中性點(diǎn)直接接地，這時(shí)主變壓器中的零序電流3I0約為正常相電流的2倍；如負(fù)荷電流較大時(shí)發(fā)生非全相運(yùn)行，處理不及時(shí)將會(huì)燒壞變壓器繞組。

4 開(kāi)關(guān)振動(dòng)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(kāi)關(guān)廠與日本三菱公司合作生產(chǎn)，斷路器型號(hào)為L(zhǎng)W13-33(300-SFMT-50B)，自1990年投產(chǎn)已運(yùn)行近20年，設(shè)備老化嚴(yán)重，運(yùn)行中多次發(fā)生開(kāi)關(guān)非全相運(yùn)行故障，威脅主設(shè)備的安全。

為消除設(shè)備隱患，該水電廠和西安高壓開(kāi)關(guān)廠于2010-03-06開(kāi)始對(duì)330?kV?GIS斷路器進(jìn)行更換。新的GIS?330?kV斷路器型號(hào)為L(zhǎng)WG23-363。1號(hào)發(fā)電機(jī)接在110?kV側(cè)，更改后的發(fā)-變組斷路器采用彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)，不存在操作振動(dòng)大的問(wèn)題。330?kV新、舊斷路器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對(duì)照情況如表1所示。由表1可以分析出：

(1)?330?kV?GIS開(kāi)關(guān)由雙斷口更換為單斷口立式結(jié)構(gòu)后，為提高開(kāi)關(guān)分閘速度，將操作氣壓由1.5?MPa提高到1.6?MPa，開(kāi)關(guān)分閘時(shí)振動(dòng)較大，且分閘聲過(guò)大，人員不敢靠近；

(2)?該水電廠為壩后式廠房，330?kV?GIS設(shè)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(kāi)關(guān)振動(dòng)幅值異常增加。

5 防范及整改措施

5.1 停機(jī)流程三相全部跳開(kāi)判據(jù)的改進(jìn)

5.1.1 ??原停機(jī)流程存在的問(wèn)題

經(jīng)查看圖紙發(fā)現(xiàn)，原停機(jī)流程中的開(kāi)關(guān)輔助接點(diǎn)(常開(kāi))，是三相串聯(lián)后接入發(fā)電機(jī)停機(jī)回路的。此接法的本意是停機(jī)令加上開(kāi)關(guān)三相全部跳開(kāi)后再執(zhí)行發(fā)電機(jī)逆變滅磁和全關(guān)導(dǎo)葉指令；但串聯(lián)接法無(wú)法區(qū)分一相、二相還是三相跳開(kāi)，無(wú)法確保三相全跳開(kāi)后停機(jī)，埋下了非全相故障隱患。

5.1.2 ??回路改進(jìn)

如果將上述輔助接點(diǎn)由三相串聯(lián)改為三相并聯(lián)接入停機(jī)回路(見(jiàn)圖2)，當(dāng)開(kāi)關(guān)發(fā)生一相或二相未跳開(kāi)時(shí)，繼電器Y1或者Y2常閉接點(diǎn)始終打開(kāi)，機(jī)組停機(jī)回路M1，T1不會(huì)作用于發(fā)電機(jī)逆變滅磁及導(dǎo)葉全關(guān)，機(jī)組維持空載額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，為運(yùn)行人員倒閘隔離故障開(kāi)關(guān)提供了時(shí)機(jī)。

圖2 發(fā)電機(jī)停機(jī)控制回路

表1 斷路器操動(dòng)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)對(duì)照

2012年6月，該廠將2～4號(hào)發(fā)-變組斷路器輔助接點(diǎn)由串聯(lián)改為并聯(lián)接入發(fā)電機(jī)停機(jī)控制回路(1號(hào)發(fā)-變組為三相操動(dòng)機(jī)構(gòu)，停機(jī)控制回路原來(lái)只用1對(duì)常開(kāi)接點(diǎn)，無(wú)需改進(jìn))，從判斷三相全斷開(kāi)原理層面上防止了斷路器非全相停機(jī)故障的發(fā)生。

5.2 修改停機(jī)流程

(1)?修改現(xiàn)場(chǎng)操作規(guī)定，將水輪發(fā)電機(jī)從電網(wǎng)解列停機(jī)的流程改為：運(yùn)行人員先將發(fā)電機(jī)有功、無(wú)功功率降至0，再斷開(kāi)發(fā)-變組斷路器，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)斷路器三相均已分開(kāi)后，再下發(fā)“停機(jī)”指令停機(jī)。

(2)?水輪發(fā)電機(jī)開(kāi)機(jī)并網(wǎng)操作也重新規(guī)定：發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后，運(yùn)行人員先確認(rèn)發(fā)-變組斷路器三相均已合上，再增加有功、無(wú)功功率。

5.3 斷路器更新

為了徹底消除設(shè)備隱患，從2014年3月起，該電廠相繼將2～4號(hào)發(fā)-變組斷路器更換為西安高壓開(kāi)關(guān)廠生產(chǎn)的LWG-363/Y3150-50G型液壓彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)斷路器。陜西省電科院現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試表明，該型號(hào)斷路器動(dòng)作3?000次無(wú)異常，具有分閘速度快、振動(dòng)小、易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，非常適用于該水電廠現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行。

5.4 加強(qiáng)對(duì)斷路器的管理維護(hù)

目前，該水電廠還有330?kV線路、母聯(lián)、5號(hào)聯(lián)變高壓側(cè)GIS開(kāi)關(guān)暫未更新，它們存在與原1～3號(hào)發(fā)-變組開(kāi)關(guān)相同的缺陷。因此，必須加強(qiáng)對(duì)此類開(kāi)關(guān)的管理維護(hù)。

(1)?斷路器每次分閘操作后，運(yùn)行值班人員應(yīng)對(duì)斷路器操作機(jī)構(gòu)箱內(nèi)的設(shè)備外觀狀況進(jìn)行全面檢查，發(fā)現(xiàn)異常情況應(yīng)及時(shí)采取措施并通知檢修部門檢查、處理。

(2)?加強(qiáng)對(duì)斷路器操作機(jī)構(gòu)箱的檢查、緊固處理。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，尚未更新的斷路器分、合閘動(dòng)作累計(jì)超過(guò)30次，斷路器機(jī)構(gòu)緊固螺栓就會(huì)有松動(dòng)現(xiàn)象。因此，檢修部門應(yīng)在斷路器分、合閘動(dòng)作累計(jì)30次時(shí)，對(duì)斷路器操作機(jī)構(gòu)箱進(jìn)行檢查、緊固工作。

(3)?加強(qiáng)對(duì)斷路器輔助接點(diǎn)的檢查和調(diào)整，確保輔助接點(diǎn)轉(zhuǎn)換、接觸可靠。對(duì)于發(fā)-變組停機(jī)回路中三相并聯(lián)接點(diǎn)，還必須進(jìn)行回路完好性檢查和試驗(yàn)。

6 結(jié)束語(yǔ)

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

(2)?開(kāi)關(guān)輔助接點(diǎn)并聯(lián)接入機(jī)組停機(jī)回路，是防止非全相故障的有效技術(shù)安全措施。該水電廠3臺(tái)發(fā)-變組開(kāi)關(guān)換型改造時(shí)即采用了此改進(jìn)措施。

（3）該水電廠3臺(tái)發(fā)-變組開(kāi)關(guān)換型改造完成后，采用修改后的運(yùn)行操作管理規(guī)定，為防止發(fā)電機(jī)非全相停機(jī)故障又增加了一層防護(hù)。

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

1?周廷虎．安康水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改造[J]．水電廠自動(dòng)化，2005(3).

2?高春如．大型發(fā)電機(jī)組繼電保護(hù)整定計(jì)算與運(yùn)行技術(shù)[M].北京：中國(guó)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(yùn)行工作，email：guangming09577@163.com。