發(fā)電機(jī)出口斷路器合閘故障分析和預(yù)防措施

張亮杰

(廣東粵電靖海發(fā)電有限公司，廣東 揭陽 515223)

0 引言

大型發(fā)電機(jī)組裝設(shè)發(fā)電機(jī)出口斷路器，用于在發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)之間形成一個(gè)有效的可控?cái)嚅_點(diǎn)，在事故情況下能有效隔離故障點(diǎn)，減小發(fā)電機(jī)和變壓器事故的危害范圍，減少事故情況下的倒閘操作量，縮短故障恢復(fù)時(shí)間;在機(jī)組正常起停過程中，只需操作發(fā)電機(jī)出口斷路器，不需要切換廠用電，可提高廠用電可靠性，有效簡化發(fā)電機(jī)并網(wǎng)操作步驟，也便于機(jī)組檢修、調(diào)試，提高機(jī)組可用率。但是，如果該斷路器因故無法正常動(dòng)作時(shí)，也可能導(dǎo)致機(jī)組啟動(dòng)延誤、開關(guān)越級跳閘等異常情況。

1 系統(tǒng)概況和事件經(jīng)過

某電廠1號600 MW火力發(fā)電機(jī)組，為單元制接線，采用東方電機(jī)廠生產(chǎn)的QFSN-600-2-22A型發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)出口設(shè)有AREVA公司生產(chǎn)的FKG型斷路器(201)。該斷路器為戶內(nèi)三相機(jī)械聯(lián)動(dòng)型、金屬封閉、液壓操作、SF6氣體絕緣斷路器，額定開斷電流為120 kA，單合閘線圈，雙跳閘線圈，其一次系統(tǒng)接線如圖1所示。

2017-04-08，1號發(fā)電機(jī)臨修后啟動(dòng)進(jìn)行并網(wǎng)操作，并網(wǎng)瞬間運(yùn)行人員在發(fā)電機(jī)出口斷路器處聽到合閘聲響，1號發(fā)電機(jī)正常接帶初始負(fù)荷35 MW，三相電流平衡對稱，但在DCS控制畫面上發(fā)電機(jī)出口斷路器(201)仍顯示為分閘狀態(tài)，故立即安排人員檢查。檢查發(fā)現(xiàn)就地匯控柜也顯示該斷路器在分閘狀態(tài)。

根據(jù)現(xiàn)場檢查情況分析，出現(xiàn)此異?？赡苡?種原因:一種是斷路器實(shí)際已合閘到位，但輔助接點(diǎn)回路反饋異常;另一種是斷路器本身并未合閘到位，只是弧觸頭已接合而主觸頭并未有效接觸。如果是第2種情況，則存在因?yàn)榛∮|頭通流能力不足而導(dǎo)致觸頭發(fā)熱燒熔的風(fēng)險(xiǎn)。而由于斷路器狀態(tài)顯示為分閘位置，導(dǎo)致汽輪機(jī)DEH系統(tǒng)的控制模式未在并網(wǎng)狀態(tài)，汽輪機(jī)仍處于轉(zhuǎn)速控制模式，汽輪機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速由電網(wǎng)頻率決定。由于電網(wǎng)頻率一直在變化，導(dǎo)致汽輪機(jī)設(shè)定轉(zhuǎn)速和實(shí)際轉(zhuǎn)速出現(xiàn)偏差，DEH系統(tǒng)則不斷地調(diào)整進(jìn)汽調(diào)門，使發(fā)電機(jī)輸出功率逐漸波動(dòng)上升，風(fēng)險(xiǎn)越來越大。但是限于斷路器本身的封閉結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場無法對上述可能的2種原因做進(jìn)一步明確診斷，而斷路器顯示為分閘狀態(tài)則將導(dǎo)致其分閘回路不能接通，無法進(jìn)行正常打閘操作。

為盡快消除風(fēng)險(xiǎn)，創(chuàng)造檢查消缺條件，向中調(diào)申請進(jìn)行機(jī)組解列停運(yùn)處理。隨后按正常停機(jī)流程(汽輪機(jī)聯(lián)跳發(fā)電機(jī)，即通過逆功率保護(hù)動(dòng)作程跳發(fā)電機(jī)出口斷路器并滅磁)手動(dòng)打閘汽輪機(jī)，聯(lián)跳發(fā)電機(jī)信號發(fā)出后因分閘回路不通，出口斷路器無法正常分閘，隨即觸發(fā)1號發(fā)電機(jī)出口斷路器失靈保護(hù)，跳開1號主變高壓側(cè)2201開關(guān)，1號主變和發(fā)電機(jī)一起從系統(tǒng)解列，機(jī)組安全停運(yùn)。

圖1 一次系統(tǒng)接線

查保護(hù)動(dòng)作報(bào)告如下:

1號發(fā)電機(jī)逆功率保護(hù)(逆功率定值為5 W，二次電流0．029 A，發(fā)電機(jī)CT變比:25 000/5，Ie=3．5 A)動(dòng)作時(shí)，1號發(fā)電機(jī)定子電流二次值為:Ia=0．22 A;Ib=0．22 A;Ic=0．22 A。1 號發(fā)電機(jī)出口斷路器失靈保護(hù)(相電流整定值為1．05 A，發(fā)電機(jī)CT變比:25 000/5，Ie=3．5 A)動(dòng)作時(shí)，1號發(fā)電機(jī)定子電流二次值為:Ia=1．460 A;Ib=1．399 A;Ic=1．407 A。保護(hù)均正常動(dòng)作。逆功率保護(hù)及發(fā)電機(jī)出口斷路器失靈保護(hù)邏輯如圖2，3所示。

圖2 發(fā)電機(jī)逆功率保護(hù)動(dòng)作邏輯

2 故障原因查找和處理

1號發(fā)變組從系統(tǒng)解列后，對發(fā)電機(jī)出口斷路器各部位進(jìn)行了詳細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)其輔助接點(diǎn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)支點(diǎn)處銷釘墊片碎裂。

圖3 發(fā)電機(jī)出口斷路器失靈保護(hù)邏輯

該開關(guān)輔助接點(diǎn)聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)如圖4所示，其中:部件1為主觸頭機(jī)構(gòu)，部件2為輔助接點(diǎn)機(jī)構(gòu)連桿，部件3為輔助接點(diǎn)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)桿。當(dāng)斷路器合閘時(shí)，主觸頭機(jī)構(gòu)1帶動(dòng)輔助接點(diǎn)機(jī)構(gòu)連桿2，使部件輔助接點(diǎn)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)桿3沿圖示箭頭方向移動(dòng)，從而使斷路器輔助接點(diǎn)機(jī)構(gòu)動(dòng)作，常開輔助接點(diǎn)閉合，常閉輔助接點(diǎn)打開。

圖4 開關(guān)輔助接點(diǎn)聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)

銷釘墊片碎裂后，致使部件2輔助接點(diǎn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的連桿傳動(dòng)支點(diǎn)和部件1，3脫扣，傳動(dòng)功能失效。1號發(fā)電機(jī)出口斷路器主觸頭動(dòng)作時(shí)，輔助接點(diǎn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)未隨主觸頭的動(dòng)作而動(dòng)作，以致斷路器合閘后其輔助接點(diǎn)狀態(tài)并未翻轉(zhuǎn)，導(dǎo)致跳閘回路的201DL接點(diǎn)無法合上，使跳閘回路一直處于開路狀態(tài)，無法實(shí)現(xiàn)跳閘功能。此接點(diǎn)在斷路器內(nèi)部，現(xiàn)場無法進(jìn)行就地短接，跳閘回路始終不能導(dǎo)通，以致在汽輪機(jī)打閘信號發(fā)出后，發(fā)電機(jī)出口斷路器沒有跳開，電流仍然存在，滿足失靈保護(hù)的啟動(dòng)和動(dòng)作判據(jù)(“斷路器保護(hù)動(dòng)作”和“相電流”組成“與邏輯”)，從而觸發(fā)出口斷路器的失靈保護(hù)動(dòng)作，并將上一級的1號主變高壓側(cè)開關(guān)2201跳開。

故障原因查明后，檢修人員對1號發(fā)電機(jī)出口斷路器輔助接點(diǎn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了重新裝配處理。將原來易老化碎裂的塑料墊片更換為堅(jiān)固可靠的不銹鋼墊片(見圖4中圓圈內(nèi))，恢復(fù)了輔助接點(diǎn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的正常聯(lián)動(dòng)功能。對修復(fù)后的斷路器進(jìn)行就地和遠(yuǎn)方分合閘操作試驗(yàn)，確認(rèn)斷路器分合閘動(dòng)作正常，輔助接點(diǎn)反饋正常，消除了隱患，斷路器重新投運(yùn)正常。

3 預(yù)防措施

(1) 針對機(jī)組并網(wǎng)狀態(tài)下出現(xiàn)發(fā)電機(jī)出口斷路器位置狀態(tài)反饋不對應(yīng)的異常情況，做好充分事故預(yù)想。遇到涉及電網(wǎng)和機(jī)組安全的異常情況，成立由繼保人員參與的異常處置小組，制定處置方案。對于可能導(dǎo)致主變高壓側(cè)開關(guān)因失靈保護(hù)動(dòng)作跳閘的情況，必須提前與中調(diào)聯(lián)系并說明情況，獲得中調(diào)許可后，方可采用手動(dòng)打閘汽輪機(jī)的方式將機(jī)組解列。同時(shí)為了防止手動(dòng)打閘可能帶來的汽輪機(jī)超速風(fēng)險(xiǎn)，必須在打閘前將機(jī)組功率降至零或微負(fù)值。

(2) 聯(lián)系斷路器廠家對開關(guān)輔助接點(diǎn)傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化改造，將傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中易老化碎裂的所有塑料墊片全部更換為堅(jiān)固可靠的不銹鋼墊片。

(3) 每次機(jī)組停機(jī)期間對此開關(guān)的傳動(dòng)部件進(jìn)行專項(xiàng)檢查，并進(jìn)行傳動(dòng)試驗(yàn)，確保所有傳動(dòng)機(jī)構(gòu)均可靠動(dòng)作且能正確反饋位置狀態(tài)。

4 結(jié)束語

通過對此次事故的分析處理和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，找出了此型發(fā)電機(jī)出口斷路器可靠性的不足之處，為生產(chǎn)廠家進(jìn)一步提升設(shè)備可靠性提供了現(xiàn)場依據(jù)和解決方案，也為采用同型設(shè)備的單位盡早進(jìn)行隱患治理提供經(jīng)驗(yàn)，避免同類異常事件再次發(fā)生。