發(fā)電機(jī)出口開關(guān)非同期并列原因分析

賈玉峰，張秀平

（云南大唐國際李仙江流域水電開發(fā)有限公司，云南 昆明 650011）

0 引言

發(fā)電機(jī)同期并列的條件是發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)的相序相同，電壓、頻率相同，相位基本相同(指差距在規(guī)程允許范同內(nèi))，才可以將發(fā)電機(jī)并人系統(tǒng)。但由于發(fā)電機(jī)并網(wǎng)時(shí)牽涉的設(shè)備和條件比較多，因此當(dāng)一個(gè)因素不滿足時(shí)就達(dá)不到并列條件的要求。如果強(qiáng)行并網(wǎng)，就有可能發(fā)生非同期并網(wǎng)現(xiàn)象。

某水電廠2號(hào)發(fā)電機(jī)出口開關(guān)本身存在機(jī)械故障情況，而且基建時(shí)開關(guān)二次回路線路改動(dòng)錯(cuò)誤，致二次回路異常。如果發(fā)電機(jī)出口開關(guān)不能預(yù)期合閘時(shí)，由于二次回路異常，很容易造成出口開關(guān)二次重合閘，而開關(guān)重合閘的時(shí)間不一定在同期點(diǎn)上，往往引起發(fā)電機(jī)非同期并網(wǎng)故障。該水電廠發(fā)電機(jī)變壓器為單元式結(jié)構(gòu)，在設(shè)計(jì)時(shí)考慮到水電廠機(jī)組啟動(dòng)頻繁，如果機(jī)組停電后變壓器也從電網(wǎng)中切除，這樣每次機(jī)組啟動(dòng)時(shí)變壓器都要充、送電，由于啟動(dòng)頻繁，每次變壓器都要充電，這樣對變壓器的絕緣不利，因此在發(fā)電機(jī)與變壓器之問增加了出口開關(guān)。在機(jī)組運(yùn)行時(shí)，變壓器按正常方式運(yùn)行，機(jī)組停運(yùn)時(shí)，由出口開關(guān)斷開發(fā)電機(jī)與變壓器的連接，但變壓器仍在系統(tǒng)上空載運(yùn)行。這種運(yùn)行方式的缺點(diǎn)是：即使在機(jī)組停運(yùn)時(shí)，變壓器也一直帶電運(yùn)行，但機(jī)組停運(yùn)后變壓器仍空載運(yùn)行，將產(chǎn)生空載損耗，造成廠用電增加，使綜合廠用電率增加；同時(shí)，以這種方式運(yùn)行，對發(fā)電機(jī)出口開關(guān)的技術(shù)條件要求很高，不但要求能可靠分合閘，而且要求開關(guān)的同期性能很好。

1 非同期并網(wǎng)事故情況

2007年lO月5日，該水電廠2號(hào)機(jī)組在消缺后開機(jī)至“空轉(zhuǎn)”狀態(tài)，l8時(shí)26分，2號(hào)機(jī)組轉(zhuǎn)“熱備用”狀態(tài)后開機(jī)并網(wǎng)，18時(shí)26分，在上位機(jī)上操作“2號(hào)機(jī)組發(fā)電”令，l8時(shí)28分，2號(hào)機(jī)組與系統(tǒng)自動(dòng)準(zhǔn)同期并列時(shí)，2號(hào)主變差動(dòng)保護(hù)Ⅱ動(dòng)作，2號(hào)主變高壓側(cè)開關(guān)202QF及2號(hào)發(fā)電機(jī)出口開關(guān)021QF開關(guān)斷開，切斷與系統(tǒng)的連接。18：35，檢查了保護(hù)動(dòng)作情況、同期裝置定值、同期回路絕緣情況，未發(fā)現(xiàn)異常情況；對2號(hào)發(fā)電機(jī)出口開關(guān)進(jìn)行了外觀檢查，沒有發(fā)現(xiàn)問題；對開關(guān)進(jìn)行了合跳試驗(yàn)，前兩次感覺開關(guān)聲音異常，但隨后的合跳試驗(yàn)中開關(guān)聲音正常，于是將開關(guān)投人運(yùn)行，2號(hào)發(fā)電機(jī)并網(wǎng)發(fā)電。

同樣的故障情況，在2007年3月也發(fā)生了一次，當(dāng)時(shí)只是對開關(guān)和同期裝置進(jìn)行了檢查，沒有發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象，發(fā)電機(jī)隨后并網(wǎng)運(yùn)行。在隨后的多次啟停機(jī)過程中，直到lO月5日，沒有再發(fā)生非同期并列現(xiàn)象。但有時(shí)發(fā)電機(jī)并網(wǎng)時(shí)，運(yùn)行人員聽到變壓器有比較大的聲音。

2 事故檢查及原因分析

對開關(guān)進(jìn)行特性試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)開關(guān)除彈跳時(shí)間很大 (超過60 ms)外，其它常規(guī)試驗(yàn)和特性試驗(yàn)都合格；另外發(fā)現(xiàn)開關(guān)在柜外合跳試驗(yàn)時(shí)有時(shí)合不上的現(xiàn)象；從上位監(jiān)控機(jī)發(fā)現(xiàn)2號(hào)發(fā)電機(jī)出口開關(guān)有疑似二次合閘的報(bào)警信號(hào)。對2號(hào)發(fā)電機(jī)出口開關(guān)及同期裝置回路進(jìn)行了檢查，開關(guān)檢查結(jié)果和l1月1日的檢查結(jié)果相同。分析認(rèn)為：開關(guān)故障只能引起發(fā)電機(jī)并網(wǎng)不成功，但不應(yīng)該出現(xiàn)二次合閘現(xiàn)象。為此對2號(hào)發(fā)電機(jī)做了幾次假同期試驗(yàn)，其中有一次通過錄波儀確實(shí)發(fā)現(xiàn)開關(guān)有二次重合閘現(xiàn)象，見圖1。聯(lián)系到上位監(jiān)控機(jī)的疑似二次合閘的報(bào)警信號(hào)，初步懷疑二次回路有異常，因此對同期裝置二次回路和開關(guān)合閘二次回路進(jìn)行檢查。檢查結(jié)果發(fā)現(xiàn)，同期裝置回路正常，但發(fā)電機(jī)出口開關(guān)實(shí)際接線和開關(guān)的原理接線圖存在不一致的地方。見圖2和圖3所示。

圖1 假同期試驗(yàn)錄波：其中有兩次合閘脈沖(UFD)

從開關(guān)接線原理圖看，開關(guān)操作回路中間繼電器K1有兩個(gè)作用：一是若合閘回路串連S3，由于S3接點(diǎn)容量問題，由K1轉(zhuǎn)換；二是防跳作用，由Kl的開點(diǎn)自保持。另外，當(dāng)同期裝置發(fā)出合閘指令后，經(jīng)HBJ繼電器、Sl、Kl接點(diǎn)、Y9繼電器及S12，回路導(dǎo)通，開關(guān)合閘，合閘后S1接點(diǎn)斷開。由于S3為開關(guān)蓄能機(jī)構(gòu)的位置接點(diǎn)，當(dāng)蓄能完畢后S3閉合。S3閉合后Kl帶電。由于在合閘回路中的K1繼電器的兩個(gè)接點(diǎn)腳2l和22以及腳3l和32的長閉接點(diǎn)和腳13和14的Kl常開接點(diǎn)互為連鎖，開關(guān)合閘時(shí)腳13和腳14的常開接點(diǎn)閉合后，腳21和22以及腳3l和32的長閉接點(diǎn)斷開，因此Y9不會(huì)重新帶電，合閘回路處于斷開狀態(tài)。如果開關(guān)機(jī)構(gòu)合不上，S1接點(diǎn)又重新閉合，但由于腳2l和22以及腳31和32的長閉接點(diǎn)斷開，合閘回路仍在斷開狀態(tài)，開關(guān)不會(huì)重新合閘，即開關(guān)的防跳功能防止開關(guān)重新合閘。由于發(fā)電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)和開關(guān)本身都有防跳保護(hù)功能，因此開關(guān)在安裝時(shí)將防跳保護(hù)功能取消。從圖3中可以看出，在取消開關(guān)的防跳功能時(shí)，操作人員卻將S3的22腳拆開，認(rèn)為這樣能將防跳功能取消；但分析開關(guān)的實(shí)際接線，當(dāng)S3的22腳拆掉后，同期裝置發(fā)出合閘指令開關(guān)合閘，如果開關(guān)機(jī)構(gòu)合閘不成功，開關(guān)機(jī)構(gòu)掛不上，Sl重新閉合；但由于開關(guān)合閘不成功，機(jī)構(gòu)掛不上后會(huì)分閘；而開關(guān)的合閘脈沖時(shí)間大約為0.3 s，蓄能時(shí)間為6 s左右；當(dāng)開關(guān)合閘不成功后，由于S3的22腳拆除，Kl繼電器不帶電，K1繼電器的腳21和22以及腳31和32的長閉接點(diǎn)閉合，合閘線圈Y9帶電，即從開關(guān)接到合閘指令到開關(guān)斷開，合閘回路一直在導(dǎo)通狀態(tài)，當(dāng)開關(guān)蓄能完畢后，開關(guān)就會(huì)發(fā)生重合閘的情況。因此，既要拆除開關(guān)本身的防跳保護(hù)回路，又要防止開關(guān)重新合閘，應(yīng)將K1繼電器的腳14線拆開，這樣就能防止開關(guān)在第一次合閘不成功后，開關(guān)蓄能完畢后也不會(huì)發(fā)生重合閘的情況。

開關(guān)在更改接線后，對開關(guān)進(jìn)行了多次試驗(yàn)，沒有發(fā)生重合閘的現(xiàn)象。圖4更改后的買際接線圖從以上分析可以看出，開關(guān)機(jī)構(gòu)本身存在的缺陷，導(dǎo)致開關(guān)存在合閘不成功的現(xiàn)象，即出口開關(guān)存在同期點(diǎn)合閘成功率達(dá)不到100%。另外，開關(guān)在取消防跳功能時(shí)拆錯(cuò)接線，導(dǎo)致合閘回路異常，當(dāng)開關(guān)第一次合閘不成功時(shí)，引起開關(guān)第二次合閘現(xiàn)象，由于開關(guān)二次合閘的時(shí)間，可能在并網(wǎng)同期點(diǎn)，也可能不在同期點(diǎn)，如果同期點(diǎn)相差不大，能夠并網(wǎng)成功，但可能對發(fā)電機(jī)或者變壓器產(chǎn)生沖擊，如果和同期點(diǎn)相差比較大，就會(huì)發(fā)生非同期并網(wǎng)，對發(fā)電機(jī)或變壓器的沖擊較大，導(dǎo)致保護(hù)動(dòng)作。在10月5日發(fā)生的非同期并網(wǎng)事故，就是由于同期點(diǎn)相差比較大的原因造成保護(hù)動(dòng)作跳閘，而以前雖然在上位監(jiān)控機(jī)上發(fā)現(xiàn)開關(guān)有多次重合閘現(xiàn)象，但沒有發(fā)生非同期并網(wǎng)現(xiàn)象，原因是開關(guān)第二次合閘時(shí)和同期點(diǎn)相差不大，但對變壓器有一定的沖擊，這是發(fā)電機(jī)并網(wǎng)時(shí)變壓器聲音比較大的原因。

綜上所述，開關(guān)合閘回路存在故障是造成發(fā)電機(jī)非同期并網(wǎng)的主要原因，但由于類似的合閘回路故障不容易查找，而且，在開關(guān)合閘正常的情況下，該類型的合閘回路故障也表現(xiàn)不出來，平時(shí)開關(guān)的傳動(dòng)也難查出二次回路故障，另外開關(guān)的本身故障導(dǎo)致開關(guān)不能正確合閘，是導(dǎo)致發(fā)電機(jī)非同期并網(wǎng)的首要原因。

3 結(jié)束語

發(fā)電機(jī)非同期并網(wǎng)故障，有開關(guān)本身的原因、同期裝置故障的原因、PT接線錯(cuò)誤的原因，其中，因開關(guān)合閘回路錯(cuò)誤造成的非同期并網(wǎng)事故比較少，而且比較難以查找，應(yīng)吸取教訓(xùn)，減少由于出口開關(guān)及其二次回路故障造成的非同期并網(wǎng)，建議采取以下預(yù)防措施。

（1）假同期試驗(yàn)：在發(fā)電機(jī)并網(wǎng)前做假同期試驗(yàn)，這不但能夠檢查出接線錯(cuò)誤，以及開關(guān)的合閘時(shí)間參數(shù)是否合格，再結(jié)合其它手段，還能檢查出開關(guān)二次回路接線是否正確。

（2）開關(guān)掉閘試驗(yàn)：若開關(guān)二次回路檢查后不能確定回路是否正常，可進(jìn)行開關(guān)掉閘試驗(yàn)，以驗(yàn)證二次回路的正確性。

（3）加強(qiáng)開關(guān)的檢查維護(hù)：由于水電廠啟停機(jī)次數(shù)比較多，發(fā)電機(jī)出口開關(guān)分合閘頻繁，因此對開關(guān)的各項(xiàng)特性參數(shù)如分合閘時(shí)間、同期、彈跳時(shí)間，行程和超行程等要求很高，如果開關(guān)異常，將首先在這些參數(shù)上表現(xiàn)出來，因此應(yīng)適當(dāng)縮短發(fā)電機(jī)出口開關(guān)的特性試驗(yàn)周期，另外開關(guān)的絕緣、耐壓、動(dòng)作電壓等常規(guī)試驗(yàn)也應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，防止開關(guān)絕緣方面的故障。