發電機出口真空斷路器拒合原因分析及處理

摘要：發電機出口斷路器擔負著正常時并網運行，將負荷送至電網，事故時及時切斷故障電流，保護發電機組安全的重任，出口斷路器動作不可靠將給電網和電廠安全運行均帶來嚴重威脅，必須認真分析、及時處理，以滿足調度調頻、調峰的要求和電廠的安全穩定運行。

關鍵詞：發電機；并網安全；真空斷路器；拒合原因

中圖分類號：TM561 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）03-0061-03

1 概述

發電機出口斷路器擔負著正常時并網運行，將負荷送至電網，事故時及時切斷故障電流，保護發電機組安全的重任，出口斷路器動作不可靠將給電網和電廠安全運行均帶來嚴重威脅，必須認真分析、及時處理，以滿足調度調頻、調峰的要求和電廠的安全穩定運行。

某電站安裝3臺60MW軸流轉槳機組，擔負著電網部分調峰、填谷和事故備用任務。電站電氣主接線采用3臺發電機出口通過三臺真空斷路器分別和主變壓器以1組聯合單元接線接入系統運行，出口斷路器為小車式結構，型號：150VCP-WG75/4000A。發電機開機并網采用自動準同期方式合上出口斷路器并入系統運行，自投運后陸續出現在機組并網時發生同期裝置動作后開關未合上的缺陷，檢修人員僅對開關抽出檢查未發現異常后投入運行位置并網成功，該缺陷分別在三臺機出口斷路器均出現過，且出現頻率不一，有時第一次合不上，重新再給一次合閘令就可合上，有時需連續合幾次才能合上（最多一次開機連續給了八次合閘令才合上），對電站的安全穩定運行帶來了極大的不便和隱患，急需處理，以滿足調度調頻、調峰的要求。

2 斷路器技術參數及主要技術要求

斷路器技術參數及主要技術要求如表1所示。

3 機組斷路器運行及消缺情況

2006.6.30 3號機組斷路器開始投入使用；

2006.7.6 3號機組斷路器開始出現合閘失效現象，檢查原因不明；

2006.8.16 3號機組斷路器開始出現合閘失效現象，檢查原因不明；

2006.8.17 3號機組斷路器開始出現合閘失效現象，檢查原因不明；

2006.10.8 3號機組斷路器柜運行人員操作造成推進機構滑塊螺絲斷損兩枚，廠家技術人員前來更換處理恢復正常，但開關拒合原因仍不明；

2006.11.12 3號機組斷路器并網不成功；

2007.4.28 3號機組斷路器并網不成功；

2007.5.28 3號機組斷路器并網不成功。

4 原因分析及處理

4.1 前期準備

首先對斷路器外圍回路進行了詳細試驗及檢查，包括同期回路、斷路器操作回路、直流回路等，經驗證排除了外圍回路的原因。

4.2 原因分析

可能是斷路器與斷路器室配合有問題。

4.3 初步檢查

4.3.1 斷路器置于斷路器室外部延長軌道上，計數器顯示為264，合分閘14次，計數器顯示278，未出現異常現象。

4.3.2 其后斷路器推入斷路器室，檢查底部與斷路器室聯鎖，未見異常，聯鎖動作狀態無誤，進行6次合分閘操作，計數器顯示282時出現一次無效合閘。

4.3.3 所有操作機構零部件檢查：（1）合閘摯子位置正確，無松動；（2）合閘摯子滾輪轉動靈活，位置正確；（3）合閘驅動系統運動正常；（4）分閘驅動系統位置，運動正常；（5）D形軸位置正常，無松動，刃口有細微磨損，狀態正常；（6）合閘保持扇形板刃口無磨損，無松動，位置略微偏高；（7）儲能防過沖摯子位置，功能正常；（8）主凸輪無明顯磨損，無松動位置正常；（9）主連接滾輪轉動靈活，位置正確；（10）合、分閘復位彈簧位置正確。

表1 發電機真空斷路器主要技術參數

序號 項目 12kV發電機斷路器

a） 型式 發電機專用真空斷

路器

b） 型號 150VCP-WG75/4000A

c） 臺數 3

d） 額定電壓（kV） 12

e） 額定電流（A） 5000

f） 相數 3相

g） 額定頻率（Hz） 50

h） 額定開斷電流 ≥50

i） 額定關合電流 160

j） 額定峰值耐受電流（kA） 160

k） 額定短時耐受電流及時間（kA/S） ≥50/3

l） 額定雷電沖擊耐受電壓（峰值）（kV） 75

m） 1分鐘工頻耐受電壓（有效值）（kV） 42

n） 額定操作順序 0-180s-CO-180s-CO

o） 電氣壽命

開斷額定電流4000A時次數 ≥10000次

開斷額定短路電流次數 ≥8次

p） 機械壽命 ≥30000次

q） 操作機構

型式 彈簧貯能

控制電源 直流220V（+10～-20）%

儲能電機電源 直流220V（+10～-20）%

r） 分、合閘不同期時間

不大于 2ms

s） 額定電流的直流分量 不小于70%

t） 開斷截流值 小于1A

u） 失步開斷能力 大于25%

v） 合閘彈跳時間 不大于2ms

w） 暫態恢復電壓幅值（TRV） 1.84U

短路電流來自變壓器：（kA） 24.802

短路電流來自發電機：（kA） 16.829

4.3.4 故障斷路器的相關參數的測量校對

1#發電機斷路器：

Gap開距：

PhaseA：11.27mm Phase B：can not measure （現有條件無法測量）

Phase C：12.07mm

Wipe 超行程：

Phase A：3.42mm Phase B：2.55mm Phase C：2.45mm

2#發電機斷路器：

Gap 開距：

Phase A：10.56mm Phase B：can not measure （現有條件無法測量）

Phase C：11.98mm

Wipe 超行程：

Phase A：2.22mm Phase B：1.15mm Phase C：1.50mm

3#發電機斷路器：

Gap 開距：

Phase A：15.97mm Phase B：can not measure （現有條件無法測量）

Phase C：14.45mm

Wipe 超行程：

Phase A：1.03mm Phase B：1.27 Phase C：1.03mm

4.4 故障分析

根據以上校檢結果和測量數據，據推測可能由于長途運輸沒有使用原裝包裝箱固定斷路器，造成顛簸震動以及開關到達用戶前人為調整引起開距和超行程變化導致主軸轉動位置變化，致使D形軸在合閘瞬間處于臨界不穩定狀態，造成有時合閘失效。

4.5 解決方案

進行開距和超行程調整，將對三相極柱部分零件以及緩沖器進行調整；調整后將對斷路器進行機械特性測量，確保參數正確有效。

調整步驟：

（1）真空滅弧室開距粗調。

（2）開距和超行程測量。

（3）超行程調整。

（4）開距超行程復測。

（5）計算開距和超行程關聯數據。

（6）開距和超行程微調。

（7）重復1～6步驟進行其它兩相調整。

（8）三相極柱數據測量。

（9）數據計算。

（10）三相極柱開距和超行程平衡調整。

（11）斷路器分合閘穩定性測試30次（每分鐘

4次）。

（12）檢查D Shaft 狀況，確定有無必要更換。

（13）更換D Shaft（可選，根據實際情況待定）。

（14）斷路器檢修位置電動分合閘穩定性測試30次（每分鐘4次）。

（15）機械性能測試，測試結果和數據打印。

（16）真空度測試合格。

（17）三相觸頭分合同期性測試。

（18）斷路器最終全面復檢，假同期試驗，一切合格后準備投入使用。

5 維修后狀況

1#發電機斷路器：

計數器： 298（維修前）， 360（維修后）

Gap 開距：

Phase A：11.98mm Phase B：10.75mm

Phase C：11.56mm

Wipe 超行程：

Phase A：3.84mm Phase B：3.79mm

Phase C：3.74mm

Close time 合閘時間：

Phase A：49.2ms Phase B：49.1ms

Phase C：49.5ms

Diff A-B-C 三相不同期性：0.4 ms

Close speed： 合閘速度： 0.67m/s

Open time 分閘時間：

Phase A：63.4ms Phase B：62.8ms

Phase C：63.4ms

Diff A-B-C 三相不同期性：0.1 ms

Open speed： 分閘速度： 0.73m/s

維護工作：開距、超行程調整。

2#發電機斷路器：

Gap 開距：

計數器： 124（維修前），170（維修后）

Phase A：10.43mm Phase B： 10.05mm

Phase C：11.98mm

Wipe 超行程：

Phase A：3.74mm Phase B：3.62mm

Phase C：3.69mm

Close time 合閘時間：

Phase A：47.9ms Phase B：49.5ms

Phase C：49.0ms

Diff A-B-C 三相不同期性：1.6 ms

Close speed： 合閘速度： 0.80m/s

Open time 分閘時間：

Phase A：61.9ms Phase B：61.6ms

Phase C：61.9ms

Diff A-B-C 三相不同期性：0.3 ms

Open speed： 分閘速度： 0.80m/s

維護工作：開距、超行程及緩沖器調整。

3#發電機斷路器：

計數器： 280（維修前），377（維修后）

Gap 開距：

Phase A：13.37mm Phase B： 11.53mm

Phase C：12.53mm

Wipe 超行程：

Phase A：3.63mm Phase B：3.61mm

Phase C：3.84mm

Close time 合閘時間：

Phase A：50.2ms Phase B：49.6ms

Phase C：49.5ms

Diff A-B-C 三相不同期性：0.7 ms

Close speed： 合閘速度： 0.87m/s

Open time 分閘時間：

Phase A：58.6ms Phase B：59.0ms

Phase C：58.4ms

Diff A-B-C 三相不同期性：0.6 ms

Open speed： 分閘速度： 1.07m/s

維護工作：開距、超行程調整。更換分閘線圈（原線圈145歐姆，由于分閘時間過長，更換為75歐姆

線圈）。

6 結語

3臺斷路器經檢查和調整維修后，測試數據均已合格，可以投入運行。通過本次缺陷處理，充分說明發電機出口斷路器合閘不成功缺陷，要引起高度重視，排除控制回路原因后，應對開關本體機構進行詳細檢查，消除隱患，才可投入運行，否則可能會造成更大的事故隱患。

參考文獻

[1] 能源部西北電力設計院能源部中南電力設計院.水電站運行規程與設備管理（DL5003-91）.1992.

作者簡介：佘曉軍（1976—），男，重慶人，重慶大唐國際武隆水電開發有限公司設備部副主任，工

程師。

1#發電機斷路器：

Gap開距：

PhaseA：11.27mm Phase B：can not measure （現有條件無法測量）

Phase C：12.07mm

Wipe 超行程：

Phase A：3.42mm Phase B：2.55mm Phase C：2.45mm

2#發電機斷路器：

Gap 開距：

Phase A：10.56mm Phase B：can not measure （現有條件無法測量）

Phase C：11.98mm

Wipe 超行程：

Phase A：2.22mm Phase B：1.15mm Phase C：1.50mm

3#發電機斷路器：

Gap 開距：

Phase A：15.97mm Phase B：can not measure （現有條件無法測量）

Phase C：14.45mm

Wipe 超行程：

Phase A：1.03mm Phase B：1.27 Phase C：1.03mm

4.4 故障分析

根據以上校檢結果和測量數據，據推測可能由于長途運輸沒有使用原裝包裝箱固定斷路器，造成顛簸震動以及開關到達用戶前人為調整引起開距和超行程變化導致主軸轉動位置變化，致使D形軸在合閘瞬間處于臨界不穩定狀態，造成有時合閘失效。

4.5 解決方案

進行開距和超行程調整，將對三相極柱部分零件以及緩沖器進行調整；調整后將對斷路器進行機械特性測量，確保參數正確有效。

調整步驟：

（1）真空滅弧室開距粗調。

（2）開距和超行程測量。

（3）超行程調整。

（4）開距超行程復測。

（5）計算開距和超行程關聯數據。

（6）開距和超行程微調。

（7）重復1～6步驟進行其它兩相調整。

（8）三相極柱數據測量。

（9）數據計算。

（10）三相極柱開距和超行程平衡調整。

（11）斷路器分合閘穩定性測試30次（每分鐘

4次）。

（12）檢查D Shaft 狀況，確定有無必要更換。

（13）更換D Shaft（可選，根據實際情況待定）。

（14）斷路器檢修位置電動分合閘穩定性測試30次（每分鐘4次）。

（15）機械性能測試，測試結果和數據打印。

（16）真空度測試合格。

（17）三相觸頭分合同期性測試。

（18）斷路器最終全面復檢，假同期試驗，一切合格后準備投入使用。

5 維修后狀況

1#發電機斷路器：

計數器： 298（維修前）， 360（維修后）

Gap 開距：

Phase A：11.98mm Phase B：10.75mm

Phase C：11.56mm

Wipe 超行程：

Phase A：3.84mm Phase B：3.79mm

Phase C：3.74mm

Close time 合閘時間：

Phase A：49.2ms Phase B：49.1ms

Phase C：49.5ms

Diff A-B-C 三相不同期性：0.4 ms

Close speed： 合閘速度： 0.67m/s

Open time 分閘時間：

Phase A：63.4ms Phase B：62.8ms

Phase C：63.4ms

Diff A-B-C 三相不同期性：0.1 ms

Open speed： 分閘速度： 0.73m/s

維護工作：開距、超行程調整。

2#發電機斷路器：

Gap 開距：

計數器： 124（維修前），170（維修后）

Phase A：10.43mm Phase B： 10.05mm

Phase C：11.98mm

Wipe 超行程：

Phase A：3.74mm Phase B：3.62mm

Phase C：3.69mm

Close time 合閘時間：

Phase A：47.9ms Phase B：49.5ms

Phase C：49.0ms

Diff A-B-C 三相不同期性：1.6 ms

Close speed： 合閘速度： 0.80m/s

Open time 分閘時間：

Phase A：61.9ms Phase B：61.6ms

Phase C：61.9ms

Diff A-B-C 三相不同期性：0.3 ms

Open speed： 分閘速度： 0.80m/s

維護工作：開距、超行程及緩沖器調整。

3#發電機斷路器：

計數器： 280（維修前），377（維修后）

Gap 開距：

Phase A：13.37mm Phase B： 11.53mm

Phase C：12.53mm

Wipe 超行程：

Phase A：3.63mm Phase B：3.61mm

Phase C：3.84mm

Close time 合閘時間：

Phase A：50.2ms Phase B：49.6ms

Phase C：49.5ms

Diff A-B-C 三相不同期性：0.7 ms

Close speed： 合閘速度： 0.87m/s

Open time 分閘時間：

Phase A：58.6ms Phase B：59.0ms

Phase C：58.4ms

Diff A-B-C 三相不同期性：0.6 ms

Open speed： 分閘速度： 1.07m/s

維護工作：開距、超行程調整。更換分閘線圈（原線圈145歐姆，由于分閘時間過長，更換為75歐姆

線圈）。

6 結語

3臺斷路器經檢查和調整維修后，測試數據均已合格，可以投入運行。通過本次缺陷處理，充分說明發電機出口斷路器合閘不成功缺陷，要引起高度重視，排除控制回路原因后，應對開關本體機構進行詳細檢查，消除隱患，才可投入運行，否則可能會造成更大的事故隱患。

參考文獻

[1] 能源部西北電力設計院能源部中南電力設計院.水電站運行規程與設備管理（DL5003-91）.1992.

作者簡介：佘曉軍（1976—），男，重慶人，重慶大唐國際武隆水電開發有限公司設備部副主任，工

程師。

1#發電機斷路器：

Gap開距：

PhaseA：11.27mm Phase B：can not measure （現有條件無法測量）

Phase C：12.07mm

Wipe 超行程：

Phase A：3.42mm Phase B：2.55mm Phase C：2.45mm

2#發電機斷路器：

Gap 開距：

Phase A：10.56mm Phase B：can not measure （現有條件無法測量）

Phase C：11.98mm

Wipe 超行程：

Phase A：2.22mm Phase B：1.15mm Phase C：1.50mm

3#發電機斷路器：

Gap 開距：

Phase A：15.97mm Phase B：can not measure （現有條件無法測量）

Phase C：14.45mm

Wipe 超行程：

Phase A：1.03mm Phase B：1.27 Phase C：1.03mm

4.4 故障分析

根據以上校檢結果和測量數據，據推測可能由于長途運輸沒有使用原裝包裝箱固定斷路器，造成顛簸震動以及開關到達用戶前人為調整引起開距和超行程變化導致主軸轉動位置變化，致使D形軸在合閘瞬間處于臨界不穩定狀態，造成有時合閘失效。

4.5 解決方案

進行開距和超行程調整，將對三相極柱部分零件以及緩沖器進行調整；調整后將對斷路器進行機械特性測量，確保參數正確有效。

調整步驟：

（1）真空滅弧室開距粗調。

（2）開距和超行程測量。

（3）超行程調整。

（4）開距超行程復測。

（5）計算開距和超行程關聯數據。

（6）開距和超行程微調。

（7）重復1～6步驟進行其它兩相調整。

（8）三相極柱數據測量。

（9）數據計算。

（10）三相極柱開距和超行程平衡調整。

（11）斷路器分合閘穩定性測試30次（每分鐘

4次）。

（12）檢查D Shaft 狀況，確定有無必要更換。

（13）更換D Shaft（可選，根據實際情況待定）。

（14）斷路器檢修位置電動分合閘穩定性測試30次（每分鐘4次）。

（15）機械性能測試，測試結果和數據打印。

（16）真空度測試合格。

（17）三相觸頭分合同期性測試。

（18）斷路器最終全面復檢，假同期試驗，一切合格后準備投入使用。

5 維修后狀況

1#發電機斷路器：

計數器： 298（維修前）， 360（維修后）

Gap 開距：

Phase A：11.98mm Phase B：10.75mm

Phase C：11.56mm

Wipe 超行程：

Phase A：3.84mm Phase B：3.79mm

Phase C：3.74mm

Close time 合閘時間：

Phase A：49.2ms Phase B：49.1ms

Phase C：49.5ms

Diff A-B-C 三相不同期性：0.4 ms

Close speed： 合閘速度： 0.67m/s

Open time 分閘時間：

Phase A：63.4ms Phase B：62.8ms

Phase C：63.4ms

Diff A-B-C 三相不同期性：0.1 ms

Open speed： 分閘速度： 0.73m/s

維護工作：開距、超行程調整。

2#發電機斷路器：

Gap 開距：

計數器： 124（維修前），170（維修后）

Phase A：10.43mm Phase B： 10.05mm

Phase C：11.98mm

Wipe 超行程：

Phase A：3.74mm Phase B：3.62mm

Phase C：3.69mm

Close time 合閘時間：

Phase A：47.9ms Phase B：49.5ms

Phase C：49.0ms

Diff A-B-C 三相不同期性：1.6 ms

Close speed： 合閘速度： 0.80m/s

Open time 分閘時間：

Phase A：61.9ms Phase B：61.6ms

Phase C：61.9ms

Diff A-B-C 三相不同期性：0.3 ms

Open speed： 分閘速度： 0.80m/s

維護工作：開距、超行程及緩沖器調整。

3#發電機斷路器：

計數器： 280（維修前），377（維修后）

Gap 開距：

Phase A：13.37mm Phase B： 11.53mm

Phase C：12.53mm

Wipe 超行程：

Phase A：3.63mm Phase B：3.61mm

Phase C：3.84mm

Close time 合閘時間：

Phase A：50.2ms Phase B：49.6ms

Phase C：49.5ms

Diff A-B-C 三相不同期性：0.7 ms

Close speed： 合閘速度： 0.87m/s

Open time 分閘時間：

Phase A：58.6ms Phase B：59.0ms

Phase C：58.4ms

Diff A-B-C 三相不同期性：0.6 ms

Open speed： 分閘速度： 1.07m/s

維護工作：開距、超行程調整。更換分閘線圈（原線圈145歐姆，由于分閘時間過長，更換為75歐姆

線圈）。

6 結語

3臺斷路器經檢查和調整維修后，測試數據均已合格，可以投入運行。通過本次缺陷處理，充分說明發電機出口斷路器合閘不成功缺陷，要引起高度重視，排除控制回路原因后，應對開關本體機構進行詳細檢查，消除隱患，才可投入運行，否則可能會造成更大的事故隱患。

參考文獻

[1] 能源部西北電力設計院能源部中南電力設計院.水電站運行規程與設備管理（DL5003-91）.1992.

作者簡介：佘曉軍（1976—），男，重慶人，重慶大唐國際武隆水電開發有限公司設備部副主任，工

程師。