水泵水輪發電機出口開關故障原因分析與處理

董錦川，張軍，陳家殷

（國網新源控股有限公司潘家口蓄能電廠，河北唐山064309）

水泵水輪發電機出口開關故障原因分析與處理

董錦川，張軍，陳家殷

（國網新源控股有限公司潘家口蓄能電廠，河北唐山064309）

結合生產實際分析水泵水輪發電機在水泵工況停機過程中，由于出口開關發生A相分閘不成功故障，導致機組過電壓保護動作跳閘。通過對該開關操作機構拆卸、檢修、回裝及相關技術試驗合格后，徹底解決了此問題，對同類型開關故障檢修具有借鑒意義。

水泵水輪發電機；出口；開關；故障

1 電廠概況

潘家口蓄能電廠位于河北省唐山市遷西縣灑河橋鎮桃園村，是20世紀80年代我國首次全套引進國外機電設備的抽水蓄能電廠，是在已建成的潘家口水庫壩后式廠房內安裝3臺意大利ABB公司單機90 MW的抽水蓄能機組。上水庫庫容29.3億m3，下水庫為蓄能機組的日調節水庫，庫容0.5億m3。1991年7月，2號機組投產發電，1993年底全部工程竣工，是全國第1座混合式水力發電站。

潘家口電廠裝有3臺90 MW抽水蓄能機組。其中發電電動機為ABB公司生產的立軸、懸式、三相、50 Hz、空冷、可逆式同步發電電動機，定子繞組額定電壓13.8 kV，額定轉速125 r/min和142.8 r/min。冷卻方式為無外加風扇軸向混合通風冷卻方式，中性點接地方式為經二次側帶接地電阻的接地方式。主變壓器選用ABB公司生產的單臺容量為100 MW的220 kV強迫油循環水冷有載調壓變壓器。變壓器型式為戶外油浸、銅線、雙繞組、帶勵磁調壓分接開關的電力變壓器，調壓范圍為220±11×1.4%kV，高壓側額定電壓220 kV，低壓側額定電壓13.8 kV，連接方式Yo/△。接線方式為發電電動機—變壓器組單元接線，分別經發電電動機出口斷路器連接主變壓器，升壓后與系統連接。發電電動機出口斷路器為阿海法公司制造。電站共設有2條220 kV線路接入系統，分別為潘遵I回線、潘遵II回線。

2 事件經過

2012年8月1日23：34，調令潘家口電廠3號機組停機，23：34：12.249，3號機組監控正常執行停機流程；23：34：26.970，3號機組出口開關03DL正常分閘，23：34：33.045，3號機組勵磁斷路器正常分閘；此時機組端電壓正常從出口開關03DL分閘開始經過3.3 s由13.8 kV減至0。23：38：33.000，3號機組轉速下降為“0”；23：38：45.000，3號發電機機組出口換相刀閘03-3分閘后機組端電壓A相升至14 kV、B相升至1.6 kV、C相升至15 kV；23：38：39.593，機組保護盤過電壓保護動作跳閘，23：37：41.794，發電機定子90%、100%接地保護動作跳閘，23：38：59.000，3號主變低壓側接地保護動作報警。

3 處理過程

保護動作后檢查：生產人員對3號機組保護裝置進行了檢查，結果為：3號主變保護3UPP2盤PT31主變低壓側接地保護動作黃燈、紅燈均亮，主變低壓側復壓過流保護報警t2黃燈亮，主變低壓側復壓過流保護報警t1黃燈亮；3號機組保護PG31機組定子100%接地保護動作黃燈、紅燈均亮，PG33機組定子90%接地保護動作黃燈、紅燈均亮，機組定子100%接地保護動作黃燈、紅燈均亮，PG34機組過電壓保護動作黃燈、紅燈均亮。

根據故障錄波系統波形及保護動作情況，測得機組出口母線電壓互感器3YH、4YH、5YH二次側皆有電壓為51 V，拉開3號主變低壓側隔離刀閘03-2后，機組電壓波形正常；對3號機組單元一次設備進行檢查，發現3號主變低壓側7YH電壓互感器B、C一次熔斷器熔斷，3號機組出口開關A相主觸頭沒有分開（萬用表測得3號發電機出口開關03DLA相電阻為“0”）；測量3號機組定、轉子繞組絕緣檢查正常，3號主變色譜分析數據正常。

3號發電機出口開關為法國阿海法生產，由蘇州阿海法高壓電氣開關有限公司銷售；開關型號為FKG2S，額定電流6 300 A，額定電壓17.5 kV，操作機構為三相聯動，絕緣及滅弧介質為SF6，于2007年投入運行，動作次數為2 030次，該開關A相分閘不成功故障發生后，潘家口電廠積極與調度進行溝通，經調度同意機組轉為定檢消缺，潘家口電廠當夜與蘇州阿海法高壓電氣開關有限公司進行了聯系，要求廠家維護人員在8月2日趕赴現場進行處理，2日，潘家口電廠立即組成了搶修組織機構，布置做好開關檢修的相關工作，查找備品備件，通過討論制訂了該開關檢修的技術方案、安全措施，并向兄弟單位尋求幫助，與十三陵電廠確定SF6氣體收集裝置，將收集裝置運達潘家口電廠現場，為下一步檢修做好了準備工作；同時聯系兄弟單位富春江電廠、江蘇沙河抽水蓄能電廠、江西拓水電廠是否有備品備件（該廠與潘家口電廠的出口開關為同一型號)，8月2日20：30，蘇州阿海法高壓電氣開關有限公司廠家維護技術人員已達潘家口電廠，8月3日14:00，在廠家的指導下，潘家口電廠完成了SF6氣體的收集工作，并按照技術方案將該開關A相操作機構打開，最后確認該開關操作機構與動觸頭連接的操作連桿脫落，致使A相操作機構失靈，開關分閘不成功。見圖1。

圖1 已脫落的連桿

8月3日夜，蘇州廠家技術人員已與公司本部及法國阿海法公司進行了聯系，并將潘家口電廠出口開關操作機構操作桿連接部位脫落致使開關分閘不成功情況發送至該公司及法國阿海法本部，要求確認發生故障的原因及處理方案。潘家口電廠積極尋求解決方案及備品備件工作，并向天津賽瑞公司尋求解決操作桿脫落的技術咨詢，8月4日，法國阿海法本部發來確認傳真，國內現有備件，蘇州阿海法高壓電氣開關有限公司于當日上午將備件落實完畢，潘家口電廠進行了檢修專用工具的制作，蘇州廠家服務人員將備件于20:53送至天津，并于5日01:00運至潘家口電廠生產現場。

8月5日01:00開始，潘家口電廠在廠家技術人員的指導下，進行了3號機組出口開關A相操作機構檢修工作。嚴格按照技術方案要求進行了操作機構的拆卸、回裝，備用SF6氣體微水試驗合格，于05:00完成了操作機構回裝，并進行了抽真空及SF6充氣完畢后的開關合分閘試驗、直阻試驗、交流耐壓試驗、微水試驗。各項試驗數據合格。并于8月5日11:30，03開關檢修完畢。

4 原因分析

根據保護動作后現場故障情況，對故障報告及故障時波形進行分析，3號機組停機后，由于發電機出口開關B、C相在分位，03DL A相在“合”閘位，（二次接點返回位置三相皆在“分”位）系統電源經3號主變低壓側隔離刀閘03-2、出口母線反送至發電機出口開關03DL，在3號機組出口空母線及出口電壓互感器間產生電壓諧振，電壓互感器7YH B、C相電壓振蕩后產生過電壓，經過2 297 ms，電壓互感器7YH B、C相一次保險熔斷，潘家口電廠機組中性點系統采用經過1.6 kΩ電阻接地系統，因此形成小電流一點接地系統，此時測的接地電壓為零。故障時PT二次電壓達到180 V（過電壓保護整定值130 V），過電壓保護動作；三相電壓不平衡零序電壓二次值達到105 V，超過定子90%接地保護整定值，定子90%接地保護正確動作。同時故障電壓（即機端電壓）波形畸變嚴重含有諧波分量，而中性點電壓為0，定子100%接地保護正確動作；機組停機過程中，監控流程判斷3號機組出口開關已在“分”位，繼續執行停機流程，23:38:37左右，3號機組出口換相刀閘03-3分閘后（03-3刀閘采用電動動作較慢），因A相在“合閘”位置，而母線失去接地點，母線懸空，3號機組出口母線繼續產生電壓諧振，二次電壓測值達到150 V，機組過電壓保護動作（定值Ⅰ段電壓=130 V、Ⅰ段延時=0.3 s；Ⅱ段電壓=140 V、Ⅱ段延時=0.1 s）；因7號電壓互感器B、C一次保險故障，保護測的相電壓不滿足100 V，且因機端電壓波形畸變，負序低壓保護動作，但母線上未檢測到電流因此主變低壓側復壓過流保護只是報警未動作出口。故障原因結論：2012年8月1日23:38，由于3號機組抽水停機過程中，發電機出口開關A相主觸頭未正常在“分”位，引起系統過電壓故障，3號機組過電壓保護、定子90%接地保護、定子100%接地保護、主變低壓側接地保護動作。初步分析故障發生的原因為03開關操作機構連接銷及拉桿故障，致使開關A相分閘失敗。

3號機組停機操作過程中，23:34:26機組出口開關分閘，主變低壓側B、C相發生電壓震蕩經過2.3 s電壓消失。現場檢查主變低壓側7YH B、C相電壓互感器一次熔斷器熔斷。

5 暴露問題

（1）該開關操作機構動觸頭連接拉桿與連接銷制造工藝存在缺陷，產生氣泡。

（2）該開關未能滿足合同的技術協議要求。

（3）備品備件的管理需要加強。

6 防止對策

（1）加強了對發電機出口開關的巡視與維護，嚴密監視開關的動作次數。

（2）繼續與法國阿海法公司、蘇州高壓電氣設備有限公司進行聯系，該產品的生產工藝存在缺陷，同時加強開關成套極柱及操作機構等備品備件的采購。

（3）安排在機組檢修期間機組出口開關進行同期合閘試驗，與以往數據進行比較，分析確認開關操作機構連桿是否松動。

7 結束語

本文針對潘家口蓄能電廠水泵水輪發電機組在水泵工況停機過程中，由于出口開關A相分閘不成功發生的故障，導致機組過電壓保護動作跳閘、發電機定子90%、100%接地保護動作跳閘原因分析及相應的檢查處理過程進行了介紹，可以看出，原因是開關操作機構與動觸頭連接的操作連桿脫落，致使A相操作機構失靈，導致開關分閘不成功。針對此問題該電廠與蘇州阿海法高壓電氣開關有限公司共同研究采取相應對策，立即對此開關進行修復，同時，制定幾項應對措施加強日常設備管理，嚴格規范了對發電機出口開關的巡視、維護、試驗等工作，嚴密監視開關的動作次數，提前發現故障的征兆，及時排除隱患，保證機組的可靠運行。

TV738

B

1672-5387（2017）12-0030-04

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.12.012

2017-11-01

董錦川（1965-），男，工程師，從事抽水蓄能電站安全生產運行、維護、檢修管理工作。