水輪發(fā)電機組出口開關拒動的危害分析

胡成佑

（青海大唐國際直崗拉卡水電開發(fā)有限公司，青海 尖扎 811999）

水輪發(fā)電機組出口開關拒動的危害分析

胡成佑

（青海大唐國際直崗拉卡水電開發(fā)有限公司，青海 尖扎 811999）

摘要：對在發(fā)電機不同的運行環(huán)境下出口開關故障拒分閘會帶來的不同嚴重后果進行簡單地分析，并介紹發(fā)電機出口開關故障拒動的處理方法。

關鍵詞：發(fā)電機；開關；拒動；危害分析

發(fā)電機出口開關具有完善的滅弧裝置和高速傳動機構，主要任務就是切斷和接通發(fā)電機在各種狀態(tài)下的電流及正常零漂電流，電氣故障下的額定負荷電流以及電氣設備事故狀態(tài)下的短路電流等，發(fā)電機出口開關還擔負發(fā)電機的同期合閘功能，要求三相同步分/合閘。操作機構是開關的關鍵機構，操作機構由儲能機構、合閘機構、脫扣機構等組成，開關機構最重要的是操作可靠。

1出口開關拒動危害分析

（1）當機組在正常的開機操作中遇到發(fā)電機出口開關拒動時，會延遲甚至會導致開機失敗，在電網系統(tǒng)負荷緊張時會影響系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

（2）當機組在正常停機操作中遇到發(fā)電機出口開關拒動時，延長停機時間，操作不慎很容易發(fā)生意外事故，甚至會造成上一級開關分閘，相鄰設備停運，給公司造成不必要的損失。

（3）當機組出現(xiàn)故障或事故保護裝置啟動，發(fā)電機組的勵磁開關、出口開關跳閘，同時調速系統(tǒng)啟動事故流程，進行關閉機組原動力，此時，如果遇到發(fā)電機出口開關拒動，會造成很大的危害。

1）發(fā)電機故障保護裝置啟動并出口，而出口開關故障拒跳閘時，發(fā)電機定子與電網保持聯(lián)接狀態(tài)，各廠的接線關系不同，都有可能勵磁系統(tǒng)跳閘退出運行，造成發(fā)電機失磁、失步運行，此時，非線性滅磁電阻投入運行狀態(tài)，轉子回路經滅磁電阻構成合環(huán)，將發(fā)動機運行狀態(tài)轉變?yōu)楫惒竭\行狀態(tài)。

2）合環(huán)的轉子繞組和磁極阻尼繞組在定子旋轉磁場下旋轉，產生強大的感應電流，導致滅磁開關柜非線性滅磁電阻發(fā)熱燒毀。

3）轉子阻尼繞組在旋轉的定子磁場中產生感應電流，維持發(fā)電機轉子以異步狀態(tài)運行，因發(fā)電機原動力消失，水輪機增加轉子的轉動負荷，因而加大轉子阻尼繞組的電流，引起發(fā)電機振動增大，轉子阻尼繞組中的感應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，嚴重時熔斷。

4）發(fā)電機組磁場的變化加上水輪機水流流態(tài)的變化，引起機組劇烈震動，加大機械系統(tǒng)的負荷，嚴重影響機組安全。

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

6）由于燈泡貫流式機組的特性，當機組處于異步運行且導水葉關閉的情況下，在主軸密封處產生真空區(qū)域，主軸密封水消失，在劇烈的震動中主軸密封損壞造成水淹事故。

2發(fā)電機出口開關故障拒動處理方法

當發(fā)電機出口開關在故障情況下，保護裝置啟動出口動作時，就發(fā)電機出口開關跳閘拒動情況，按照以下4種情況進行分析。

（1）發(fā)電機出口開關拒分，勵磁系統(tǒng)工作正常，導葉空載。

此類情況，調速系統(tǒng)和勵磁調節(jié)器在正常工作狀態(tài)，實際上就是發(fā)電機正常的空載運行狀態(tài)，水輪發(fā)電機各項參數都會在正常范圍內運行，不同的是，此時發(fā)電機輸出功率為“零”，水輪機輸入功率與水輪發(fā)電機維持正常額定轉速下的功率消耗相持平，運行值班人員，應保持冷靜。

處理方法：

1）全面檢查后，取消本次操作，將發(fā)電機組恢復到發(fā)電運行狀態(tài)，尋找合適的處理時間進行處理。

2）必要時聯(lián)系調度，把同一上級開關下相鄰設備申請停運，完成后再申請使用上級開關對發(fā)電機進行解列操作。

（2）發(fā)電機出口開關拒分，勵磁系統(tǒng)工作正常，導葉全關到“零”。

此時，發(fā)電機處于調相運行狀態(tài)，發(fā)電機參數：有功功率為負值，功率因數很低，發(fā)電機大量從系統(tǒng)吸收有功功率發(fā)出無功功率，發(fā)電機勵磁電流（過勵磁，欠勵磁）決定發(fā)電機向系統(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)電機的一種運行狀態(tài)，不會對發(fā)電機造成損害。

處理方法

此時運行人員只要將水輪機導水葉打開到空載開度及以上即可，之后再聯(lián)系調度，把同一上級開關下相鄰設備申請停運，完成后再申請使用上級開關對發(fā)電機進行解列操作。

（3）發(fā)電機出口開關拒分，滅磁開關跳閘，導葉空載。

此種狀態(tài)為發(fā)電機深度進相運行或失磁運行狀態(tài)。

發(fā)電機失磁后的現(xiàn)象：

1）發(fā)電機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。

2）發(fā)電機失磁后，如果水輪機輸入功率為正，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。

3）定子電流增大，其電流表指針也周期性擺動。

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

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

6）轉子電流表指針也周期性的擺動，電流的數值較小。

7）當轉子回路開路時，由轉子本體表面感應出一定的渦流而構成旋轉磁場，也產生一定的異步功率。

發(fā)電機失磁對發(fā)電機和系統(tǒng)都會產生不利的影響，對系統(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)電機過流。

對發(fā)電機本身的影響是：

1）轉子的損耗增大造成轉子局部發(fā)熱；

2）發(fā)電機受交變異步功率的沖擊而發(fā)生振動。

一般來講發(fā)電機失磁保護會動作，后備保護啟動。

發(fā)電機保護動作后，跳開上一級開關，發(fā)電機解列，此時按照正常停機程序停機，如果保護未動作或上一級開關跳閘失靈，發(fā)電機定子端部漏磁通變化比增大，使得端部發(fā)熱最嚴重，發(fā)電機定子線圈溫度將急劇上升。母線電壓降低，運行中的各電氣設備，因母線電壓降低，電流增大，導致設備發(fā)熱，損壞設備絕緣。

處理方法：

1）若失磁是由于滅磁開關誤跳閘引起，應立即重合滅磁開關，迅速恢復勵磁系統(tǒng)，緩慢增加發(fā)電機勵磁，切忌快速大幅度調節(jié)直至系統(tǒng)恢復正常運行。

2）重合滅磁開關不成功，則立即拉開上一級開關，對發(fā)電機進行解列停機；

3）失磁保護動作但出口開關拒動，按第2）款事故停機處理；但是失磁后允許運行時間為15min。

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

（4）發(fā)電機出口開關拒分，滅磁開關跳閘，導葉全關。

此種狀態(tài)實際上就是將發(fā)電機轉為三相異步電動機運行狀態(tài)，此時，發(fā)電機定子產生旋轉磁場，勵磁繞組、非線性電阻構成回路，阻尼環(huán)回路構成轉子回路，在磁場中旋轉，轉子回路產生強大的感應電流致使勵磁開關柜中的非線性電阻燒熔，開關柜起火，轉子阻尼繞組嚴重發(fā)熱，阻尼環(huán)連接片燒熔，轉子磁極發(fā)熱，定子線棒發(fā)熱，定、轉子絕緣受損。

處理方法：

立即拉開上一級高壓開關解列發(fā)電機進行事故停機，對同一單元變壓器所連接相鄰發(fā)電機進行事故停機。

在以上“發(fā)電機出口開關拒分，滅磁開關跳閘，導葉空載”；“發(fā)電機出口開關拒分，滅磁開關跳閘，導葉全關”兩種故障運行方式下，如果拉開上一級高壓開關（高壓開關拒動）失敗，則拉開高壓母聯(lián)開關，拉開故障發(fā)電機單元變壓器對應的線路開關，解列故障發(fā)電機。值得注意的是拉開母聯(lián)開關和線路開關時，會將同一高壓母線運行的其他變壓器解列，甩

負荷解列發(fā)電機較多，操作任務繁重，操作時間緊張。

3結束語

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

消除以上事故隱患的唯一方法就是定期進行預防性試驗，按照電氣設備運行規(guī)程要求，在開關分/合次數達到規(guī)定要求時及時對開關動、靜觸頭以及開關的操作機構進行檢查保養(yǎng)，提高運行可靠性。

參考文獻：

[1]四川電力職業(yè)技術學院.水輪機及調節(jié)裝置運行與故障處理[M].北京：中國電力出版社，2012.

[2]國家電力監(jiān)督委員會電力可靠性管理中心.電力可靠性技術與管理培訓教材[M].北京：中國電力出版社，2007.

[3]水輪發(fā)電機組值班員[M].2版.北京：中國電力出版社.

[4]孫效偉.水輪發(fā)電機組及其輔助設備運行[M].北京：中國電力出版社.

[5]許綜宗.變壓器運行維護與故障分析處理[M].北京：中國電力出版社.

[6]劉學軍.繼電保護原理[M].2版.北京：中國電力出版社.

[7]姚春秋.發(fā)電廠電氣部分[M].北京：中國電力出版社.

中圖分類號：TM56

文獻標識碼：A

文章編號：1672-5387（2015）12-0034-03

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.12.012

收稿日期：2014-07-31

作者簡介：胡成佑（1970-），男，工程師，從事水輪發(fā)電機組運行技術管理和研究等工作。