水輪發(fā)電機(jī)組出口開關(guān)拒動(dòng)的危害分析

胡成佑

（青海大唐國(guó)際直崗拉卡水電開發(fā)有限公司，青海 尖扎 811999）

水輪發(fā)電機(jī)組出口開關(guān)拒動(dòng)的危害分析

胡成佑

（青海大唐國(guó)際直崗拉卡水電開發(fā)有限公司，青海 尖扎 811999）

摘要：對(duì)在發(fā)電機(jī)不同的運(yùn)行環(huán)境下出口開關(guān)故障拒分閘會(huì)帶來的不同嚴(yán)重后果進(jìn)行簡(jiǎn)單地分析，并介紹發(fā)電機(jī)出口開關(guān)故障拒動(dòng)的處理方法。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機(jī)；開關(guān)；拒動(dòng)；危害分析

發(fā)電機(jī)出口開關(guān)具有完善的滅弧裝置和高速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，主要任務(wù)就是切斷和接通發(fā)電機(jī)在各種狀態(tài)下的電流及正常零漂電流，電氣故障下的額定負(fù)荷電流以及電氣設(shè)備事故狀態(tài)下的短路電流等，發(fā)電機(jī)出口開關(guān)還擔(dān)負(fù)發(fā)電機(jī)的同期合閘功能，要求三相同步分/合閘。操作機(jī)構(gòu)是開關(guān)的關(guān)鍵機(jī)構(gòu)，操作機(jī)構(gòu)由儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)、合閘機(jī)構(gòu)、脫扣機(jī)構(gòu)等組成，開關(guān)機(jī)構(gòu)最重要的是操作可靠。

1出口開關(guān)拒動(dòng)危害分析

（1）當(dāng)機(jī)組在正常的開機(jī)操作中遇到發(fā)電機(jī)出口開關(guān)拒動(dòng)時(shí)，會(huì)延遲甚至?xí)?dǎo)致開機(jī)失敗，在電網(wǎng)系統(tǒng)負(fù)荷緊張時(shí)會(huì)影響系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

（2）當(dāng)機(jī)組在正常停機(jī)操作中遇到發(fā)電機(jī)出口開關(guān)拒動(dòng)時(shí)，延長(zhǎng)停機(jī)時(shí)間，操作不慎很容易發(fā)生意外事故，甚至?xí)斐缮弦患?jí)開關(guān)分閘，相鄰設(shè)備停運(yùn)，給公司造成不必要的損失。

（3）當(dāng)機(jī)組出現(xiàn)故障或事故保護(hù)裝置啟動(dòng)，發(fā)電機(jī)組的勵(lì)磁開關(guān)、出口開關(guān)跳閘，同時(shí)調(diào)速系統(tǒng)啟動(dòng)事故流程，進(jìn)行關(guān)閉機(jī)組原動(dòng)力，此時(shí)，如果遇到發(fā)電機(jī)出口開關(guān)拒動(dòng)，會(huì)造成很大的危害。

1）發(fā)電機(jī)故障保護(hù)裝置啟動(dòng)并出口，而出口開關(guān)故障拒跳閘時(shí)，發(fā)電機(jī)定子與電網(wǎng)保持聯(lián)接狀態(tài)，各廠的接線關(guān)系不同，都有可能勵(lì)磁系統(tǒng)跳閘退出運(yùn)行，造成發(fā)電機(jī)失磁、失步運(yùn)行，此時(shí)，非線性滅磁電阻投入運(yùn)行狀態(tài)，轉(zhuǎn)子回路經(jīng)滅磁電阻構(gòu)成合環(huán)，將發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楫惒竭\(yùn)行狀態(tài)。

2）合環(huán)的轉(zhuǎn)子繞組和磁極阻尼繞組在定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)下旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生強(qiáng)大的感應(yīng)電流，導(dǎo)致滅磁開關(guān)柜非線性滅磁電阻發(fā)熱燒毀。

3）轉(zhuǎn)子阻尼繞組在旋轉(zhuǎn)的定子磁場(chǎng)中產(chǎn)生感應(yīng)電流，維持發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子以異步狀態(tài)運(yùn)行，因發(fā)電機(jī)原動(dòng)力消失，水輪機(jī)增加轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)負(fù)荷，因而加大轉(zhuǎn)子阻尼繞組的電流，引起發(fā)電機(jī)振動(dòng)增大，轉(zhuǎn)子阻尼繞組中的感應(yīng)電流超過其承受極限電流而發(fā)熱，造成阻尼繞組連接片變形松動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)熔斷。

4）發(fā)電機(jī)組磁場(chǎng)的變化加上水輪機(jī)水流流態(tài)的變化，引起機(jī)組劇烈震動(dòng)，加大機(jī)械系統(tǒng)的負(fù)荷，嚴(yán)重影響機(jī)組安全。

5）機(jī)組在此故障狀態(tài)下運(yùn)行，大量從系統(tǒng)中吸收無功功率，定子無功電流劇增，導(dǎo)致定子線棒發(fā)熱、震動(dòng)、承受巨大的電動(dòng)力而松動(dòng)，絕緣受損。

6）由于燈泡貫流式機(jī)組的特性，當(dāng)機(jī)組處于異步運(yùn)行且導(dǎo)水葉關(guān)閉的情況下，在主軸密封處產(chǎn)生真空區(qū)域，主軸密封水消失，在劇烈的震動(dòng)中主軸密封損壞造成水淹事故。

2發(fā)電機(jī)出口開關(guān)故障拒動(dòng)處理方法

當(dāng)發(fā)電機(jī)出口開關(guān)在故障情況下，保護(hù)裝置啟動(dòng)出口動(dòng)作時(shí)，就發(fā)電機(jī)出口開關(guān)跳閘拒動(dòng)情況，按照以下4種情況進(jìn)行分析。

（1）發(fā)電機(jī)出口開關(guān)拒分，勵(lì)磁系統(tǒng)工作正常，導(dǎo)葉空載。

此類情況，調(diào)速系統(tǒng)和勵(lì)磁調(diào)節(jié)器在正常工作狀態(tài)，實(shí)際上就是發(fā)電機(jī)正常的空載運(yùn)行狀態(tài)，水輪發(fā)電機(jī)各項(xiàng)參數(shù)都會(huì)在正常范圍內(nèi)運(yùn)行，不同的是，此時(shí)發(fā)電機(jī)輸出功率為“零”，水輪機(jī)輸入功率與水輪發(fā)電機(jī)維持正常額定轉(zhuǎn)速下的功率消耗相持平，運(yùn)行值班人員，應(yīng)保持冷靜。

處理方法：

1）全面檢查后，取消本次操作，將發(fā)電機(jī)組恢復(fù)到發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)，尋找合適的處理時(shí)間進(jìn)行處理。

2）必要時(shí)聯(lián)系調(diào)度，把同一上級(jí)開關(guān)下相鄰設(shè)備申請(qǐng)停運(yùn)，完成后再申請(qǐng)使用上級(jí)開關(guān)對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行解列操作。

（2）發(fā)電機(jī)出口開關(guān)拒分，勵(lì)磁系統(tǒng)工作正常，導(dǎo)葉全關(guān)到“零”。

此時(shí)，發(fā)電機(jī)處于調(diào)相運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)電機(jī)參數(shù)：有功功率為負(fù)值，功率因數(shù)很低，發(fā)電機(jī)大量從系統(tǒng)吸收有功功率發(fā)出無功功率，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流（過勵(lì)磁，欠勵(lì)磁）決定發(fā)電機(jī)向系統(tǒng)輸出感性無功功率還是容性無功功率。但是無論怎樣，都屬于發(fā)電機(jī)的一種運(yùn)行狀態(tài)，不會(huì)對(duì)發(fā)電機(jī)造成損害。

處理方法

此時(shí)運(yùn)行人員只要將水輪機(jī)導(dǎo)水葉打開到空載開度及以上即可，之后再聯(lián)系調(diào)度，把同一上級(jí)開關(guān)下相鄰設(shè)備申請(qǐng)停運(yùn)，完成后再申請(qǐng)使用上級(jí)開關(guān)對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行解列操作。

（3）發(fā)電機(jī)出口開關(guān)拒分，滅磁開關(guān)跳閘，導(dǎo)葉空載。

此種狀態(tài)為發(fā)電機(jī)深度進(jìn)相運(yùn)行或失磁運(yùn)行狀態(tài)。

發(fā)電機(jī)失磁后的現(xiàn)象：

1）發(fā)電機(jī)定子電流和有功功率在瞬間下降后又迅速上升，而且比值增大，并開始擺動(dòng)。

2）發(fā)電機(jī)失磁后，如果水輪機(jī)輸入功率為正，還能發(fā)一定的有功功率，并保持送出的有功功率的方向不變，但功率表的指針周期性擺動(dòng)。

3）定子電流增大，其電流表指針也周期性擺動(dòng)。

4）發(fā)電機(jī)從送出無功功率變?yōu)槲諢o功功率，其指針也周期性的擺動(dòng)。吸收的無功功率的數(shù)量與失磁前的無功功率的數(shù)量大約成正比。

5）轉(zhuǎn)子回路感應(yīng)出滑差頻率的交變電流和交變磁勢(shì)，故轉(zhuǎn)子電壓表指針也周期性的擺動(dòng)。

6）轉(zhuǎn)子電流表指針也周期性的擺動(dòng)，電流的數(shù)值較小。

7）當(dāng)轉(zhuǎn)子回路開路時(shí)，由轉(zhuǎn)子本體表面感應(yīng)出一定的渦流而構(gòu)成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，也產(chǎn)生一定的異步功率。

發(fā)電機(jī)失磁對(duì)發(fā)電機(jī)和系統(tǒng)都會(huì)產(chǎn)生不利的影響，對(duì)系統(tǒng)的影響是：

1）使系統(tǒng)出現(xiàn)無功功率缺額；

2）造成其他發(fā)電機(jī)過流。

對(duì)發(fā)電機(jī)本身的影響是：

1）轉(zhuǎn)子的損耗增大造成轉(zhuǎn)子局部發(fā)熱；

2）發(fā)電機(jī)受交變異步功率的沖擊而發(fā)生振動(dòng)。

一般來講發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)會(huì)動(dòng)作，后備保護(hù)啟動(dòng)。

發(fā)電機(jī)保護(hù)動(dòng)作后，跳開上一級(jí)開關(guān)，發(fā)電機(jī)解列，此時(shí)按照正常停機(jī)程序停機(jī)，如果保護(hù)未動(dòng)作或上一級(jí)開關(guān)跳閘失靈，發(fā)電機(jī)定子端部漏磁通變化比增大，使得端部發(fā)熱最嚴(yán)重，發(fā)電機(jī)定子線圈溫度將急劇上升。母線電壓降低，運(yùn)行中的各電氣設(shè)備，因母線電壓降低，電流增大，導(dǎo)致設(shè)備發(fā)熱，損壞設(shè)備絕緣。

處理方法：

1）若失磁是由于滅磁開關(guān)誤跳閘引起，應(yīng)立即重合滅磁開關(guān)，迅速恢復(fù)勵(lì)磁系統(tǒng)，緩慢增加發(fā)電機(jī)勵(lì)磁，切忌快速大幅度調(diào)節(jié)直至系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行。

2）重合滅磁開關(guān)不成功，則立即拉開上一級(jí)開關(guān)，對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行解列停機(jī)；

3）失磁保護(hù)動(dòng)作但出口開關(guān)拒動(dòng)，按第2）款事故停機(jī)處理；但是失磁后允許運(yùn)行時(shí)間為15min。

監(jiān)盤人員應(yīng)嚴(yán)密監(jiān)視發(fā)電機(jī)定子鐵芯的溫度，保證發(fā)電機(jī)定子鐵芯、繞組允許最高溫度不超過130℃。

（4）發(fā)電機(jī)出口開關(guān)拒分，滅磁開關(guān)跳閘，導(dǎo)葉全關(guān)。

此種狀態(tài)實(shí)際上就是將發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)為三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)，發(fā)電機(jī)定子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，勵(lì)磁繞組、非線性電阻構(gòu)成回路，阻尼環(huán)回路構(gòu)成轉(zhuǎn)子回路，在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子回路產(chǎn)生強(qiáng)大的感應(yīng)電流致使勵(lì)磁開關(guān)柜中的非線性電阻燒熔，開關(guān)柜起火，轉(zhuǎn)子阻尼繞組嚴(yán)重發(fā)熱，阻尼環(huán)連接片燒熔，轉(zhuǎn)子磁極發(fā)熱，定子線棒發(fā)熱，定、轉(zhuǎn)子絕緣受損。

處理方法：

立即拉開上一級(jí)高壓開關(guān)解列發(fā)電機(jī)進(jìn)行事故停機(jī)，對(duì)同一單元變壓器所連接相鄰發(fā)電機(jī)進(jìn)行事故停機(jī)。

在以上“發(fā)電機(jī)出口開關(guān)拒分，滅磁開關(guān)跳閘，導(dǎo)葉空載”；“發(fā)電機(jī)出口開關(guān)拒分，滅磁開關(guān)跳閘，導(dǎo)葉全關(guān)”兩種故障運(yùn)行方式下，如果拉開上一級(jí)高壓開關(guān)（高壓開關(guān)拒動(dòng)）失敗，則拉開高壓母聯(lián)開關(guān)，拉開故障發(fā)電機(jī)單元變壓器對(duì)應(yīng)的線路開關(guān)，解列故障發(fā)電機(jī)。值得注意的是拉開母聯(lián)開關(guān)和線路開關(guān)時(shí)，會(huì)將同一高壓母線運(yùn)行的其他變壓器解列，甩

負(fù)荷解列發(fā)電機(jī)較多，操作任務(wù)繁重，操作時(shí)間緊張。

3結(jié)束語(yǔ)

通過上述分析得知，發(fā)電機(jī)出口開關(guān)或變壓器高壓開關(guān)，在不同的運(yùn)行環(huán)境下，開關(guān)發(fā)生拒動(dòng)會(huì)引發(fā)不同的事故狀態(tài)，而且牽連無故障發(fā)電機(jī)甩負(fù)荷切機(jī)，操作量大時(shí)間緊。如果發(fā)電機(jī)容量較大，有可能會(huì)引起電力系統(tǒng)的震蕩，造成較大的社會(huì)影響。正確操作可避免故障發(fā)展為事故的機(jī)率，為此作為電力系統(tǒng)運(yùn)行單位來講，提前做好事故預(yù)想和分析，對(duì)防范重大事故的發(fā)生很有效。

消除以上事故隱患的唯一方法就是定期進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)，按照電氣設(shè)備運(yùn)行規(guī)程要求，在開關(guān)分/合次數(shù)達(dá)到規(guī)定要求時(shí)及時(shí)對(duì)開關(guān)動(dòng)、靜觸頭以及開關(guān)的操作機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢查保養(yǎng)，提高運(yùn)行可靠性。

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中圖分類號(hào)：TM56

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1672-5387（2015）12-0034-03

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.12.012

收稿日期：2014-07-31

作者簡(jiǎn)介：胡成佑（1970-），男，工程師，從事水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行技術(shù)管理和研究等工作。