發(fā)電機(jī)非全相運(yùn)行原因分析及事故處理

王　煒

摘要：針對由于斷路器產(chǎn)生的發(fā)電機(jī)非全相運(yùn)行，分析了非全相運(yùn)行對發(fā)電機(jī)和電力系統(tǒng)的危害。分析了由不同故障原因引起的發(fā)電機(jī)非全相運(yùn)行的事故處理方法，并提出了針對性的事故處理措施。而不同的時負(fù)序電流對發(fā)電機(jī)的危害和發(fā)電機(jī)非全相運(yùn)行的原因，以及發(fā)電機(jī)發(fā)生非全相運(yùn)行時運(yùn)行人員如何及時、正確地處理事故，減少事故可能給發(fā)電廠帶來的經(jīng)濟(jì)損失。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機(jī) 非全相運(yùn)行 負(fù)序電流

0 引言

在電力系統(tǒng)中，由于斷路器操作機(jī)構(gòu)及其電氣控制回路等故障引起的斷路器的非全相運(yùn)行導(dǎo)致發(fā)電機(jī)過熱或燒毀事故，不僅對電廠是一個重大的損失，也給電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行帶來了極大的威脅，特別是近年來全國電力供應(yīng)非常緊張的條件下，若由于發(fā)電機(jī)非全相運(yùn)行導(dǎo)致發(fā)電機(jī)燒毀，出現(xiàn)對電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定的供電形式，無疑是雪上加霜，給本身緊張的電力系統(tǒng)到來更大的困難，因此，如何防止發(fā)電機(jī)特別是大型發(fā)電機(jī)發(fā)生非全相運(yùn)行時燒毀事故，必須引起我們的重視。

1 發(fā)電機(jī)非全相運(yùn)行的原因

發(fā)電機(jī)發(fā)生非全相運(yùn)行的原因，主要由主斷路器的非全相運(yùn)行和斷路器失靈保護(hù)故障引起的，事故統(tǒng)計(jì)表明，因斷路器引起的非全相運(yùn)行事故占50%以上，本文針對高壓斷路器故障分析發(fā)電機(jī)非全相運(yùn)行的原因：①SF6高壓斷路器是免維護(hù)或少維護(hù)的電器設(shè)備，其運(yùn)行可靠性取決于產(chǎn)品的制造質(zhì)量，尤其是出廠質(zhì)量。無論是國產(chǎn)設(shè)備，還是進(jìn)口、合資設(shè)備，在運(yùn)行以及基建安裝過程中都發(fā)現(xiàn)不少制造質(zhì)量問題，嚴(yán)重地影響了電力系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。②絕緣性能是SF6斷路器，尤其是罐式斷路器和GIS的質(zhì)量關(guān)鍵，出現(xiàn)絕緣問題往往會造成重大設(shè)備損壞和系統(tǒng)停電事故。③220kV及以上SF6斷路器絕緣拉桿拉脫和斷裂事故多次發(fā)生，在停電檢查中，也發(fā)現(xiàn)有大量絕緣拉桿松動、變位以及連接件局部損壞現(xiàn)象。絕緣拉桿拉脫或斷裂往往會引發(fā)絕緣事故和瓷瓶爆炸事故，還可能造成非全相運(yùn)行導(dǎo)致事故擴(kuò)大。④目前我國發(fā)電機(jī)組絕大部分采用發(fā)電機(jī)-變壓器組擴(kuò)大單元接線，這種接線方式最大優(yōu)點(diǎn)是省掉了發(fā)電機(jī)出口保護(hù)用斷路器，從而也省掉了相應(yīng)的繼電保護(hù)裝置。從而帶來另一個問題，即當(dāng)出線斷路器發(fā)生一相或兩相拒動、誤動或斷口絕緣擊穿而導(dǎo)致非全相運(yùn)行時，對變壓器和發(fā)電機(jī)的保護(hù)將成為很大的難題。⑤高壓斷路器的合-分時間(空載)是其額定時間參量，當(dāng)進(jìn)行各種開斷性能試驗(yàn)時，斷路器的合-分時間均應(yīng)符合其額定的合-分時間。合-分時間既影響斷路器的開斷性能，也影響合于線路永久性故障時系統(tǒng)穩(wěn)定時間的整定。很多用于電網(wǎng)中的高壓斷路器的實(shí)際合-分時間的開斷能力沒有得到試驗(yàn)考核。合-分時間存在的這種差異對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成了潛在威脅。

2 非全相運(yùn)行的危害

2.1 非全相運(yùn)行對發(fā)電機(jī)的危害

發(fā)電機(jī)在正常運(yùn)行中發(fā)生非全相運(yùn)行，發(fā)電機(jī)負(fù)序電流將可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過8%額定值的水平，將給發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行帶來非常大的隱患，尤其是產(chǎn)生局部高溫區(qū)，則更加危險(xiǎn)。

隨著發(fā)電機(jī)單機(jī)容量的增加，越來越多的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組和鐵芯采用的氫冷方式，當(dāng)發(fā)電機(jī)發(fā)生非全相運(yùn)行時，雖然在發(fā)電機(jī)兩端設(shè)計(jì)有密封油系統(tǒng)，但發(fā)電機(jī)漏氫現(xiàn)象或多或少的普遍存在。因此一旦發(fā)生發(fā)電機(jī)非全相運(yùn)行，如果處理不及時，使發(fā)電機(jī)變成異步運(yùn)行，發(fā)電機(jī)的振動將大大增加，其兩端密封瓦可能損壞，振動摩擦產(chǎn)生的火花很可能與發(fā)電機(jī)泄漏出來的氫氣接觸造成發(fā)電機(jī)發(fā)生氫氣爆炸的危險(xiǎn)，可能導(dǎo)致發(fā)電機(jī)發(fā)生氫氣爆炸的嚴(yán)重事故，這不僅將造成機(jī)組事故停運(yùn)，而且還將使發(fā)電機(jī)損壞后長時間地進(jìn)行檢修，給電廠的經(jīng)濟(jì)帶來嚴(yán)重?fù)p失，對當(dāng)?shù)厝彪姷碾娋W(wǎng)運(yùn)行也帶來一定安全隱患。

2.2 非全相運(yùn)行對電力系統(tǒng)的危害 當(dāng)負(fù)序電流流過發(fā)電機(jī)時，將產(chǎn)生負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場，這個磁場除了將對發(fā)電機(jī)產(chǎn)生下列影響：①發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子發(fā)熱；②機(jī)組振動增大；③定子繞組由于負(fù)荷不平衡出現(xiàn)個別相繞組過熱。在嚴(yán)重的情況下，如輸電線非全相運(yùn)行時，負(fù)序電流和零序電流可以在非全相運(yùn)行的線路中流通，也可以在與之相連接的線路中流通，可能影響這些線路的繼電保護(hù)的工作狀態(tài)，甚至引起不正確動作。此外，在長時間非全相運(yùn)行時，網(wǎng)絡(luò)中還可能同時發(fā)生短路(包括非全相運(yùn)行的區(qū)內(nèi)和區(qū)外)，這時，很可能使系統(tǒng)的繼電保護(hù)誤動作。

電力系統(tǒng)在不對稱和非全相運(yùn)行情況下，零序電流長期通過大地，接地裝置的電位升高，跨步電壓與接觸電壓也升高。不對稱運(yùn)行時，各相電流大小不等，使系統(tǒng)損耗增大，同時，系統(tǒng)潮流不能按經(jīng)濟(jì)分配，也將影響運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

3 發(fā)電機(jī)非全相運(yùn)行的事故處理

當(dāng)發(fā)電機(jī)非全相運(yùn)行故障時，處理方法是因發(fā)電機(jī)非全相運(yùn)行故障原因而不同的。

3.1 是由于線路開關(guān)非全相運(yùn)行引起的應(yīng)及時將故障線路恢復(fù)全相運(yùn)行，或?qū)⒕€路開關(guān)拉開，如恢復(fù)不了，應(yīng)立即匯報(bào)調(diào)度，同時要嚴(yán)密監(jiān)視發(fā)電機(jī)定子三相電流不平衡情況及發(fā)電機(jī)各部溫度各瓦振動，當(dāng)發(fā)電機(jī)定子三相電流達(dá)8%額定值，定子過流保護(hù)延時5s發(fā)出報(bào)警，應(yīng)及時降低發(fā)電機(jī)出力，必要時可停運(yùn)1-2臺磨，并及時根據(jù)鍋爐燃燒情況投油穩(wěn)燃，盡量避免鍋爐熄火引起發(fā)電機(jī)、汽輪機(jī)跳閘，造成事故處理影響面擴(kuò)大。

3.2 是由于本身開關(guān)引起，應(yīng)立即將有、無功負(fù)荷降至接近空載狀態(tài)，三相不平衡電流不得超過額定值的8%，經(jīng)同期裝置將發(fā)變組開關(guān)合上，若合不上，應(yīng)立即拉開該開關(guān)，若拉不開應(yīng)立即倒母線，用母聯(lián)開關(guān)將發(fā)變組解列。

3.3 在發(fā)電機(jī)并列后加負(fù)荷時應(yīng)遵守的操作順序是：并列后不要急于增加有功功率和無功功率，在加負(fù)荷的過程中，要特別注意定子三相電流是否對稱相等，確認(rèn)無異常后，再增加有功功率和無功功率。當(dāng)發(fā)現(xiàn)三相電流的不對稱程度超過規(guī)定時，說明主斷路器非全相合閘，應(yīng)立即減少發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子電流和功率，使定子三相的不平衡值控制在允許范圍之內(nèi)。若主斷路器仍不能全相斷開，應(yīng)按現(xiàn)場運(yùn)行規(guī)程的規(guī)定，將發(fā)電機(jī)從系統(tǒng)中隔離出來，關(guān)閉汽機(jī)主汽門停機(jī)。

3.4 若非全相運(yùn)行是發(fā)生在發(fā)電機(jī)解列后，降低定子電壓時隨轉(zhuǎn)子電流的下降而定子電壓不下降，同時定子兩相或三相出現(xiàn)電流且不平衡，可能開關(guān)未完全拉開，此時應(yīng)維持汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速，增加勵磁電流，使定子三相電流接近于零，再拉一次發(fā)變組開關(guān)，若還拉不開，應(yīng)經(jīng)同期將發(fā)電機(jī)重新并列，倒母線后，用母聯(lián)開關(guān)將發(fā)電機(jī)解列。

3.5 發(fā)電機(jī)在非全相運(yùn)行中，不得打閘停機(jī)，若主汽門已關(guān)閉或滅磁開關(guān)已跳閘，應(yīng)立即拉開母聯(lián)開關(guān)以及發(fā)變組所接母線所有開關(guān)。也不得拉開勵磁開關(guān)，這主要考慮到的是如果汽輪機(jī)打閘，發(fā)電機(jī)將變成電動機(jī)運(yùn)行，發(fā)電機(jī)將從系統(tǒng)中吸收有功，系統(tǒng)周波下降，而對于汽輪機(jī)來說，無蒸汽長時間運(yùn)行時，末級葉片會與空氣摩擦而過熱，特別是大機(jī)組這是絕對不允許的，所以最好維持汽輪機(jī)最小允許功率以上運(yùn)行。

4 發(fā)電機(jī)非全相運(yùn)行的防止措施

4.1 管理技術(shù)對策和防范措施

4.1.1 貫徹執(zhí)行高壓開關(guān)設(shè)備管理規(guī)定，健全和穩(wěn)定高壓開關(guān)專業(yè)隊(duì)伍，貫徹執(zhí)行高壓開關(guān)設(shè)備管理規(guī)定是作好電力系統(tǒng)高壓開關(guān)設(shè)備專業(yè)管理工作的組織保證，其核心是實(shí)行高壓開關(guān)設(shè)備的分級、分工負(fù)責(zé)，建立各級崗位責(zé)任制，其目的是建立一支強(qiáng)有力的專業(yè)技術(shù)隊(duì)伍，形成電力系統(tǒng)高壓開關(guān)專業(yè)管理體系。

4.1.2 制定并落實(shí)各項(xiàng)反事故技術(shù)措施，根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和對高壓開關(guān)設(shè)備的事故分析，針對運(yùn)行中不同廠家、不同型號、不同電壓等級、不同地區(qū)高壓開關(guān)設(shè)備存在的問題制定相應(yīng)的反事故技術(shù)措施，預(yù)防各種故障的發(fā)生。應(yīng)建立事故預(yù)警和事故通報(bào)制度，發(fā)生高壓開關(guān)設(shè)備重大質(zhì)量事故和重大責(zé)任事故后要科學(xué)地、實(shí)事求是地對事故原因和事故責(zé)任進(jìn)行分析，提出相應(yīng)的反事故措施。

4.1.3 加強(qiáng)檢修管理，提高和確保檢修質(zhì)量是保證高壓開關(guān)設(shè)備安全運(yùn)行的重要手段。

4.1.4 加強(qiáng)高壓開關(guān)設(shè)備的全過程管理。以往工作證明，要保證高壓開關(guān)設(shè)備的運(yùn)行安全和降低故障率，僅對投運(yùn)開關(guān)設(shè)備作好工作是不夠的。投運(yùn)前設(shè)備的技術(shù)性能及試驗(yàn)驗(yàn)證、制造和設(shè)計(jì)選型、基建安裝和調(diào)試、交接驗(yàn)收等一系列質(zhì)量環(huán)節(jié)是決定投運(yùn)后設(shè)備運(yùn)行可靠性的基礎(chǔ)，“先天不足”的設(shè)備一旦投運(yùn)將后患無窮。因此，高壓開關(guān)設(shè)備的專業(yè)管理工作必須前移，作為電力系統(tǒng)生產(chǎn)運(yùn)營的技術(shù)管理單位，應(yīng)建立一系列全過程管理工作的規(guī)章制度。

4.2 對發(fā)變組出口斷路器應(yīng)按規(guī)定定期進(jìn)行維護(hù) ①利用發(fā)變組或線路、母線停運(yùn)期間，檢查斷路器主軸、連接板、銷釘、合閘鐵芯是否發(fā)熱卡死，機(jī)構(gòu)是否卡住，連接部分是否脫銷、松動。②二次回路要檢查轉(zhuǎn)換接點(diǎn)壓力是否足夠，接線端子是否松動，行程是否滿足要求，合閘接觸器或輔助開關(guān)接觸器是否良好，特別是按規(guī)定每天或數(shù)天對空氣壓縮系統(tǒng)進(jìn)行疏水，檢查有無漏空氣和SF6氣體，冬季及梅雨季節(jié)及時投入結(jié)構(gòu)內(nèi)的加熱運(yùn)行，確保操作機(jī)構(gòu)及電氣回路保證完好狀態(tài)。

4.3 在運(yùn)行操作和運(yùn)方調(diào)整時采取相應(yīng)措施 ①措施應(yīng)在發(fā)變組并、解列前或正常運(yùn)行中盡可能將失靈保護(hù)投入，并定期對失靈保護(hù)進(jìn)行校驗(yàn)，保證其動作可靠性。②在發(fā)變組并網(wǎng)前對出口開關(guān)進(jìn)行分、合試驗(yàn)，且試驗(yàn)后對開關(guān)機(jī)構(gòu)裝置要進(jìn)行詳細(xì)檢查，不能僅觀察開關(guān)的分、合閘狀態(tài)是否對應(yīng)，對于三相分相操作機(jī)構(gòu)的斷路器應(yīng)同時檢查其各相彈簧裝置、活塞拉桿均處在同一位置上，機(jī)構(gòu)連接正常，從而保證開關(guān)三相均處在分閘位置，防止在合發(fā)變組主刀閘時由于某相在合閘位使發(fā)電機(jī)變成異步運(yùn)行，直接威脅發(fā)變組及電力系統(tǒng)的穩(wěn)定。③為防止發(fā)電機(jī)非全相運(yùn)行，發(fā)電機(jī)負(fù)序電流（速斷）保護(hù)在發(fā)變組主刀閘合閘之前應(yīng)保證在投入狀態(tài)，以確保在任何情況下發(fā)生非全相運(yùn)行時能可靠動作，經(jīng)延時動作于斷開其它相或啟動失靈保護(hù)使母聯(lián)開關(guān)跳閘，將故障發(fā)變組與系統(tǒng)隔離。④在發(fā)變組并網(wǎng)及解列期間，尤其要注意監(jiān)視發(fā)電機(jī)三相定子電流是否平衡或一致，以免機(jī)組發(fā)生非全相運(yùn)行時未及時采取正確措施處理。⑤在操作斷路器分閘或合閘時，應(yīng)保持足夠的時間，不要返回太快，一般要等斷路器紅、綠燈變化后或開關(guān)三相電流正常變化后才放手，防止因操作不當(dāng)引起發(fā)變組非全相運(yùn)行。⑥要防止發(fā)變組在非全相運(yùn)行時使事故擴(kuò)大，必須提高運(yùn)行值班人員處理事故水平。在當(dāng)班期間要做好事故預(yù)想，一旦發(fā)變組斷路器發(fā)生非全相運(yùn)行，值班人員應(yīng)根據(jù)動作信號操作，位置指示燈、各表計(jì)指示值變化、發(fā)電機(jī)振動等事故現(xiàn)象，迅速判明發(fā)電機(jī)是否處于非全相運(yùn)行狀態(tài)，一旦確定事故而失靈保護(hù)裝置未動作或保護(hù)動作但母聯(lián)開關(guān)及該母線上其他運(yùn)行開關(guān)未跳閘，應(yīng)果斷的拉開發(fā)變組同一母線上的所有開關(guān)，避免事故擴(kuò)大。

4.4 在繼電保護(hù)回路上采取措施 當(dāng)發(fā)變組出口斷路器出現(xiàn)非全相運(yùn)行時，應(yīng)采取發(fā)電機(jī)降出力措施，然后經(jīng)快速返回的“零序或負(fù)序電流”閉鎖的斷路器非全相判別元件，以獨(dú)立的時間元件以第Ⅰ時限啟動獨(dú)立的跳閘回路重新跳開斷路器一次，并發(fā)出“斷路器三相位置不一致”動作信號，若此時斷路器故障仍然存在，可采用以下措施：以“相電流、零序或負(fù)序電流動作”，“斷路器三相位置不一致保護(hù)動作”和“發(fā)變組保護(hù)動作”三個條件組成的“與”邏輯，經(jīng)由獨(dú)立的是元件以第Ⅱ時限去解除斷路器失靈保護(hù)的復(fù)合電壓閉鎖，并啟動斷路器失靈保護(hù)，同時發(fā)出斷路器失靈保護(hù)啟動的信號，跳開與其在同母線上的所有開關(guān)。

4.5 開關(guān)的選型 盡可能選擇三相操作的斷路器作為發(fā)變組出口開關(guān)和母聯(lián)開關(guān)。發(fā)變組主開關(guān)一般采用的是三相共一的操作機(jī)構(gòu)，而三相各自動作的操作機(jī)構(gòu)開關(guān)給發(fā)電機(jī)非全相運(yùn)行留下了隱患，一旦發(fā)電機(jī)發(fā)生非全相運(yùn)行處理如不及時，將很可能將發(fā)電機(jī)燒毀，而母聯(lián)開關(guān)裝設(shè)三相共一的操作機(jī)構(gòu)后即使發(fā)電機(jī)發(fā)生非全相運(yùn)行，也能通過失靈保護(hù)及時全相斷開母聯(lián)開關(guān)，使處于非全相運(yùn)行的發(fā)電機(jī)及時擺脫非全相運(yùn)行，保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定和保護(hù)發(fā)電機(jī)本身的安全。

5 結(jié)束語

發(fā)電機(jī)發(fā)生非全相運(yùn)行是系統(tǒng)、機(jī)組都不允許的一種不對稱運(yùn)行，威脅到系統(tǒng)的穩(wěn)定和機(jī)組的安全。只有弄清楚非全相運(yùn)行的現(xiàn)象、產(chǎn)生原因和分析方法，在發(fā)電機(jī)發(fā)生非全相運(yùn)行時及時、迅速、準(zhǔn)確地處理，才能正確地加以處理，從而保證系統(tǒng)的穩(wěn)定和機(jī)組的安全。

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