淺析水電廠發(fā)電機非全相停機故障原因及對策

閆東明

（五凌電力有限公司碗米坡水電廠，湖南 湘西州 416500）

1 水電廠情況簡介

該文以某一水電廠的發(fā)電機為例進行研究。該水電廠在20世紀90年代初建立，于1992年正式投入生產(chǎn)，其總裝機容量為4×200 MW+1×5.25MW。在實際運行過程中，電廠在電網(wǎng)中還承擔(dān)其他任務(wù)，如調(diào)頻、調(diào)峰等。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 的3回出線分別與省主網(wǎng)相連[1]。圖1為該電廠的阻主接線圖。

圖1 電廠的阻主接線圖

2 水電廠發(fā)電機非全相停機故障分析

該電廠還承擔(dān)其他任務(wù)，如調(diào)頻、調(diào)峰等，在執(zhí)行這些任務(wù)時，會對發(fā)電機進行開機、停機操作，長此以往，其開關(guān)操作次數(shù)逐步增多，可能出現(xiàn)一些其他不安全因素，如開關(guān)分閘、合閘期間出現(xiàn)較大的振動，可能讓開關(guān)相關(guān)零部件出現(xiàn)松動的情況，進而引起水電廠發(fā)電機非全相停機故障。在該次研究中，對水電廠發(fā)電機中的巡檢記錄做了查看，部分與開關(guān)相關(guān)的內(nèi)容如下。

在2018年2月18日，巡檢工作人員在例行檢查時，觀察到3305開關(guān)、3304開關(guān)SF6中的壓力檢視表存在部分脫焊的情況，于是立即采取措施加以處理，還好沒有出現(xiàn)完全脫焊，沒有出現(xiàn)氣體泄漏現(xiàn)象，未造成安全損失。在2018年2月24日，巡檢工作人員發(fā)現(xiàn)3302開關(guān)、3303開關(guān)的緊固件連接螺栓出現(xiàn)松動情況，于是立即運用相關(guān)工具對其進行緊固處理，由于處理及時，沒有讓設(shè)備出現(xiàn)故障。2018年6月6日，巡檢人員在檢查期間，發(fā)現(xiàn)3302開關(guān)的控制摯子軸桿存在缺陷，很可能隨時出現(xiàn)脫落的情況，另外還存在螺栓松動等情況，由于處理及時，沒有引起設(shè)備故障。

在2018年6月17日，對2號發(fā)電機進行停機操作后，發(fā)現(xiàn)開關(guān)存在異常聲音，該聲音出現(xiàn)時間為2 s，對其進行檢查時，發(fā)現(xiàn)故障記錄斷路器跳閘時間如下：A相19：36：45：555，B相19：36：45：565，C相19：36：47：863，可以得出C相出現(xiàn)了2.3 s的延遲?！半娬{(diào)主閥動作”和“3303合位送機組狀態(tài)監(jiān)測”及“機組跳發(fā)-變組斷路器”時間均為19：36：45：280，并報出“轉(zhuǎn)子滅磁過電壓”光字。故障期間轉(zhuǎn)子電流最高1 750 A，“機組導(dǎo)葉大于全關(guān)”及“CB三相不同期報警”信息時間為19：36：45：690。對開關(guān)站3303間隔、風(fēng)洞檢查無異常，測量發(fā)電機轉(zhuǎn)子絕緣合格。經(jīng)檢查分析，認為是3303開關(guān)斷路器C相跳閘回路輔助接點因分閘時開關(guān)巨大的振動而抖動，引起開關(guān)跳閘時間的延遲；又因開關(guān)非全相運行時間很短，所以未對3號發(fā)-變組造成損害[2]。

3 水輪發(fā)電機停機時非全相運行的危害

3.1 可能引起對外停止供電事故

在發(fā)電廠運行過程中，由于需要進行調(diào)頻、調(diào)峰等，會對發(fā)電機進行停機操作。而在這一操作過程中，會將發(fā)電機有功、無功功率降為0，然后才能將停機指令發(fā)出，如果在這期間，存在開關(guān)斷開的情況，停機程序仍繼續(xù)執(zhí)行發(fā)電機逆變滅磁和全關(guān)水輪機導(dǎo)葉流程，這時發(fā)電機進入非全相運行狀態(tài)。開關(guān)本體的三相不一致保護及發(fā)電機負序保護動作，以跳開本身開關(guān)；但是因開關(guān)拒動，由負序保護啟動開關(guān)失靈保護，跳開同一母線上相鄰運行開關(guān)元件，這將會引發(fā)范圍停電，情況嚴重時，會影響電廠對外供電，引發(fā)停電事故[5]。

3.2 可能存在燒壞等嚴重危害

水輪發(fā)電機在開關(guān)非全相又遇到導(dǎo)葉全關(guān)并滅磁時，非全相運行對機組造成的危害更嚴重[3]。開關(guān)非全相運行，如一相或二相開關(guān)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(fā)生非全相運行，如果沒有及時給予處理，將會對變壓器造成很大危害，甚至造成燒壞后果[4]。

4 故障的進一步探究——開關(guān)振動原因分析

開關(guān)振動是引發(fā)水電廠發(fā)電機非全相停機故障的主要原因。下面對引起開關(guān)振動的原因進行分析。

該水電廠所用封閉組合電氣（GIS）為330 kVSF6，使用的LW13-33（300-SFMT-50B）斷路器于1990年建廠時購買，使用時間超過20年，年限過久，老化明顯，在實際運行過程中，有一定概率會出現(xiàn)故障，存在一定的安全隱患。為了安全，水電廠在2017年2月6日逐步對設(shè)備進行更換，更換為LWG23-363斷路器，新舊設(shè)備各有其優(yōu)缺點，具體情況見表1。

表1 新舊斷路器優(yōu)缺點

從表1中可以看出，斷路器更換后，其操作氣壓從1.5 MPa上升到1.6 MPa，在開關(guān)合閘、開閘速度方面有了較大幅度的提升，但是同時其振動幅度也變大，并且會存在一定的噪聲，影響工作人員的正常工作。也就是說，開關(guān)振動來自更換后的新斷路器。

5 應(yīng)對策略

5.1 三相跳開改進

5.1.1 存在的問題

經(jīng)過仔細觀察發(fā)現(xiàn)，需要三相開關(guān)全部跳開后，才可以進行停機，然而三相開關(guān)處于串聯(lián)狀態(tài)，難以準確地判斷某相開關(guān)是否跳開，并且不能完全保證三相全不跳開后再停機，這將存在非全相故障的可能。

5.1.2 回路改進

為了更準確地判斷三相開關(guān)是否完全處于跳開狀態(tài)，這里可以將串聯(lián)調(diào)整為并聯(lián)，如圖2所示，一旦某一相開關(guān)沒有跳開，Y1、Y2將會處于通電狀態(tài)，電氣設(shè)備會接收到“未完全跳開”這一信號，因此將不會停機，這就避免了非全相故障的發(fā)生。在這期間，還會對工作人員發(fā)出信息，讓他們及時查找完全跳開的原因，進行故障排除處理。在2018年6月對三相開關(guān)進行了調(diào)整，按照圖2所示將其由串聯(lián)調(diào)整為并聯(lián)，調(diào)整后，通過該原理，避開了斷路器非全相停機故障[6]。

圖2 串聯(lián)調(diào)整為并聯(lián)

5.2 對停機流程進行調(diào)整

5.2.1 對現(xiàn)場作業(yè)方式進行調(diào)整

停機流程調(diào)整后，工作人員將發(fā)電機的無功功率、有功功率降為0，然后將斷路器斷開，確定三相都跳開后，再對機組發(fā)出“停機”指令。

5.2.2 對開機流程進行調(diào)整

小說家對任何一種敘事方式的選擇，都是思想與感情表達的需要，和藝術(shù)個性、審美情趣的自然流露，張愛玲也是如此。艷異空氣的制造，即張愛玲擅長的隱喻象征，而艷異空氣的突然跌落，就是隱喻背后的嘲弄和暗示。在某種程度上，張愛玲通過“反高潮”完成的就是對理所應(yīng)當、順其自然的反諷，用最直接、最果斷的方式向我們展示凡事都有意料之外的可能。生活、人性、現(xiàn)實都有其不可理喻的一面，張愛玲做的就是把這一面直接剖開給我們看，告訴我們這是生活，這就是人性，這是現(xiàn)實。

確定發(fā)電機并網(wǎng)，然后檢查斷路器三相是否連接上，全部連接成功后，再增加無功功率、有功功率增加，最后發(fā)出“開機”指令。

5.3 斷路器更新

想要進一步消除存在的安全隱患，就可以更換斷路器，該水電廠從2019年3月開始逐步更換2號機組、3號機組的斷路器，更換后的斷路器為LWG-363/Y3150-50G，該型號的斷路器為型液壓彈簧操動，通過多次試驗發(fā)現(xiàn)，這一型號的斷路器進行3 000次操作不會出現(xiàn)不良情況，而且具有便于維護、振動幅度小、開閘以及合閘速度快的優(yōu)點，其使用效果良好。

5.4 重視斷路器的管理維護

就現(xiàn)階段來看，水電站的1號機組、4號機組的斷路器沒有更換，因此它們會存在一定的缺陷，需要對其進行管理和維護。

在進行斷路器分閘后，相關(guān)工作人員應(yīng)對其進行檢查，觀察設(shè)備外部情況，如果觀察到不良現(xiàn)象，應(yīng)將其告知檢修人員，及時給予處理。對設(shè)備的螺栓等進行定期檢查，避免出現(xiàn)松動等不良情況。經(jīng)過觀察發(fā)現(xiàn)，在進行一定數(shù)量的合閘、開閘操作后，螺栓會存在松動的可能，一般來說這一數(shù)量為35次左右，因此需要定期進行緊固處理。定期檢查斷路器的輔助接點，觀察其接觸性是否良好，回路是否完好等。

5.5 應(yīng)對策略

為了處理好振動情況，使開關(guān)設(shè)備更加安全可靠，可以變更水電廠發(fā)—變組斷路器從操動方式，即將原有的操動方式變?yōu)橐簤簭椈刹賱樱@能夠從源頭消除振動，使整個設(shè)備更加安全。

為了避免出現(xiàn)非全相故障， 可以采用并聯(lián)的方式，將開關(guān)輔助接點接入機組停機回路，這種方法的安全性非常高，是提高飛翔全相故障安全性的重要措施。在對該水電站進行改造時，就對其開關(guān)進行了該操作，提高了其安全性能。

在考慮斷路器更新時，需要結(jié)合其具體情況，如安裝位置、設(shè)備性能等因素，進而選擇最佳型號。在施工前，需要對現(xiàn)有方案進行考證，論證其可行性，確保其可靠性，然后才能給予施工，這樣在一定程度上能夠降低損失。

6 非全相事故預(yù)防、判斷及處理

事實上，非全相不僅可能存在停機故障，其運行時還可能帶來其他故障，如發(fā)電機存在較大振動，發(fā)電機溫度上升，出現(xiàn)溫度較高的情況等。為了處理好這些不良現(xiàn)象，需要了解非全相事故，了解其預(yù)防措施以及其應(yīng)對方法，這里分別從這3個方面對其進行了講解。

6.1 發(fā)電機非全相事故的預(yù)防措施

發(fā)電機非全相事故的預(yù)防措施包括以下4點內(nèi)容：1）做好檢查工作。制定各項設(shè)備檢查制度，按時對各項設(shè)備進行檢查，同時做好維護措施，對一些易出故障的設(shè)備進行重點觀察，如開關(guān)設(shè)備、斷路器等，確保這些設(shè)備運行的安全性和可靠性，盡量避免可能存在的事故。2）做好機組的保護措施，完善相關(guān)的保護設(shè)備，優(yōu)化定值的設(shè)置，管理好出口繼電器動作，同時做好斷路器、發(fā)變組的維護，檢修完成后應(yīng)進行模擬運行，測驗其可靠性。處于非檢修情況下的機組，其各項指示燈都應(yīng)顯示正常，保護壓板投運無誤。3）保證操作電源的可靠性，確保電源備用、獨立、可靠。4）定期組織發(fā)電機非全相運行反事故演練，使值班人員明確處理步驟及注意事項，達到判斷正確、處理果斷、操作迅速、不擴大事故的目的。

6.2 發(fā)電機非全相事故的現(xiàn)象

對于發(fā)電機非全相來說，除了會存在停機故障，還可能出現(xiàn)其他故障，這里對其做了簡要的總結(jié)，主要有以下4點：1）中控室模擬屏上該斷路器信號燈不亮，主站該斷路器顯示為灰色不定態(tài)。2）PSTA2003狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)中該機組各振動幅值增大，現(xiàn)場運行噪聲增強，斷路器三相指示不一致。3）NC2000監(jiān)控系統(tǒng)中該機組轉(zhuǎn)子溫度升高，發(fā)電機定子三相電流嚴重不對稱：一相在合時，兩相有電流，一相無電流；兩相在合時，三相有電流，其中一相電流較大。4）現(xiàn)場檢查開關(guān)三相狀態(tài)不一致。

6.3 發(fā)電機非全相事故的處理方法

發(fā)現(xiàn)機組存在故障時，相關(guān)工作人員應(yīng)到斷路器等關(guān)鍵區(qū)域進行現(xiàn)場檢查，觀察是否存在斷路器非全相運行。

迅速聯(lián)系梯調(diào)轉(zhuǎn)移該機組有功、無功負荷至空載（進相時應(yīng)適當增加勵磁使無功為零）。

派人到機組勵磁系統(tǒng)檢查勵磁運行情況，如滅磁開關(guān)跳閘，則現(xiàn)地手動合上滅磁開關(guān)，并手動建壓至額定電壓。

現(xiàn)地再設(shè)法跳出口斷路器一次，對發(fā)電機組還可以分高壓側(cè)斷路器，如分閘成功，發(fā)停機令停機；如分閘失敗，則迅速聯(lián)系調(diào)度中心解列同一出線的另外機組出口斷路器后，由漁峽開關(guān)站斷開出線側(cè)開關(guān)，使故障機組帶線路空載運行。

待停機后，布置安全隔離措施，對該開關(guān)進行全面檢查、處理。如果發(fā)電機長時間非全相運行，還應(yīng)該全面檢查發(fā)電機內(nèi)部繞組端部、槽楔、大電流連接部位以及固定件等。

7 結(jié)語

綜上所述，該文主要對水電廠發(fā)電機非全相停機故障進行了探討，分析其故障原因，即斷路器振動較大是其主要原因。在對其進行處理時，可以直接更換斷路器，使用振動幅度極小的斷路器，液壓彈簧操動類斷路器就符合其要求，能夠從根本上解決這一故障問題。如果斷路器沒有得到更換，就可以采用更改開機、停機操作流程，對回路進行改進，重視斷路器的維護，進而降低故障發(fā)生的可能。