水輪發(fā)電機(jī)組出口開(kāi)關(guān)拒動(dòng)原因分析及解決策略

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摘要：水輪發(fā)電機(jī)在不同的運(yùn)行環(huán)境下，出口開(kāi)關(guān)故障拒動(dòng)會(huì)帶來(lái)的不同的嚴(yán)重后果，本文將進(jìn)行簡(jiǎn)單地分析其原因，并介紹水輪發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)故障拒動(dòng)的解決策略。

關(guān)鍵詞：水輪發(fā)電機(jī)；開(kāi)關(guān)；拒動(dòng)；故障

前言

水輪發(fā)電機(jī)出口開(kāi)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)就是切斷和接通水輪發(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，水輪發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)還擔(dān)負(fù)水輪發(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(kāi)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(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)最重要的是操作可靠。

1水輪發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)拒動(dòng)的原因分析及危害

當(dāng)事故保護(hù)裝置啟動(dòng)或機(jī)組出現(xiàn)故障時(shí)，水輪發(fā)電機(jī)組的勵(lì)磁開(kāi)關(guān)、出口開(kāi)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)，如果遇到水輪發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)拒動(dòng)，會(huì)造成很大的危害。

1.1水輪發(fā)電機(jī)故障保護(hù)裝置啟動(dòng)并出口，而出口開(kāi)關(guān)故障拒跳閘時(shí)，水輪發(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，造成水輪發(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)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楫惒竭\(yùn)行狀態(tài)。

1.2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(kāi)關(guān)柜非線性滅磁電阻發(fā)熱燒毀。

1.3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，維持水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子以異步狀態(tài)運(yùn)行，因水輪發(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，引起水輪發(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(guò)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。

1.4水輪發(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。

1.5機(jī)組在此故障狀態(tài)下運(yùn)行，大量從系統(tǒng)中吸收無(wú)功功率，定子無(wú)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。

1.6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水輪發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)拒動(dòng)的解決策略

當(dāng)水輪發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)在有故障的情況下，保護(hù)裝置啟動(dòng)出口動(dòng)作時(shí)，本文舉例以下4種情況進(jìn)行分析解決。

2.1水輪發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)拒分，勵(lì)磁系統(tǒng)工作正常，導(dǎo)葉全關(guān)到“零”。

水輪發(fā)電機(jī)處于調(diào)相運(yùn)行狀態(tài)，水輪發(fā)電機(jī)參數(shù)：有功功率為負(fù)值，功率因數(shù)很低，水輪發(fā)電機(jī)大量從系統(tǒng)吸收有功功率發(fā)出無(wú)功功率，水輪發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流（過(guò)勵(lì)磁，欠勵(lì)磁）決定水輪發(fā)電機(jī)向系統(tǒng)輸出感性無(wú)功功率還是容性無(wú)功功率。但是不管怎樣，都屬于水輪發(fā)電機(jī)的一種運(yùn)行狀態(tài)，不會(huì)對(duì)水輪發(fā)電機(jī)造成損害。

解決方法：運(yùn)行人員只要將水輪機(jī)導(dǎo)水葉打開(kāi)到空載開(kāi)度及以上即可，之后再聯(lián)系調(diào)度，把同一上級(jí)開(kāi)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(kāi)關(guān)對(duì)水輪發(fā)電機(jī)進(jìn)行解列操作。

2.2水輪發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)拒分，勵(lì)磁系統(tǒng)工作正常，導(dǎo)葉空載。

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)際上就是水輪發(fā)電機(jī)正常的空載運(yùn)行狀態(tài)，水輪水輪發(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)水輪發(fā)電機(jī)輸出功率為“零”，水輪機(jī)輸輪水輪發(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。

解決方法：

（1）全面檢查后，取消本次操作，將水輪發(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(kāi)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(kāi)關(guān)對(duì)水輪發(fā)電機(jī)進(jìn)行解列操作。

2.3水輪發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)拒分，滅磁開(kāi)關(guān)跳閘，導(dǎo)葉空載。

此為水輪發(fā)電機(jī)深度進(jìn)相運(yùn)行或失磁運(yùn)行狀態(tài)。其水輪發(fā)電機(jī)失磁后的現(xiàn)象有：

（1）水輪發(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(kāi)始擺動(dòng)。

（2）水輪發(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）水輪發(fā)電機(jī)從送出無(wú)功功率變?yōu)槲諢o(wú)功功率，其指針也周期性的擺動(dòng)。吸收的無(wú)功功率的數(shù)量與失磁前的無(wú)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(kāi)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。

解決方法：

（1）若失磁是由于滅磁開(kāi)關(guān)誤跳閘引起，應(yīng)立即重合滅磁開(kāi)關(guān)，迅速恢復(fù)勵(lì)磁系統(tǒng)，緩慢增加水輪發(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(kāi)關(guān)不成功，則立即拉開(kāi)上一級(jí)開(kāi)關(guān)，對(duì)水輪發(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(kāi)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 15 min。監(jiān)盤(pán)人員應(yīng)嚴(yán)密監(jiān)視水輪發(fā)電機(jī)定子鐵芯的溫度，保證水輪發(fā)電機(jī)定子鐵芯、繞組允許最高溫度不超過(guò)130 ℃。

2.4水輪發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)拒分，滅磁開(kāi)關(guān)跳閘，導(dǎo)葉全關(guān)。

即：水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)為三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。此時(shí)，水輪發(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(kāi)關(guān)柜中的非線性電阻燒熔，開(kāi)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。

解決方法：立即拉開(kāi)上一級(jí)高壓開(kāi)關(guān)解列水輪發(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水輪發(fā)電機(jī)進(jìn)行事故停機(jī)。事故停機(jī)流程：水輪發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)未分閘時(shí)，閉鎖“關(guān)閉水輪機(jī)導(dǎo)葉”命令，可啟動(dòng)失靈保護(hù)跳開(kāi)上一級(jí)開(kāi)關(guān)進(jìn)行解列，監(jiān)測(cè)到一旦與系統(tǒng)解列，立即關(guān)閉水輪機(jī)導(dǎo)葉執(zhí)行停機(jī)流程。

在以上“水輪發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)拒分，滅磁開(kāi)關(guān)跳閘，導(dǎo)葉空載”；“水輪發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)拒分，滅磁開(kāi)關(guān)跳閘，導(dǎo)葉全關(guān)”兩種故障運(yùn)行方式下，如果拉開(kāi)上一級(jí)高壓開(kāi)關(guān)（高壓開(kāi)關(guān)拒動(dòng)）失敗，則拉開(kāi)高壓母聯(lián)開(kāi)關(guān)，拉開(kāi)故障水輪發(fā)電機(jī)單元變壓器對(duì)應(yīng)的線路開(kāi)關(guān)，解列故障水輪發(fā)電機(jī)。

3結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，水輪發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)或變壓器高壓開(kāi)關(guān)，在不同的運(yùn)行環(huán)境下，開(kāi)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(wú)故障水輪發(fā)電機(jī)甩負(fù)荷切機(jī)，操作量大時(shí)間緊。如果水輪發(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(lái)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。

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