發電機出口斷路器合閘故障分析和預防措施

張亮杰

(廣東粵電靖海發電有限公司，廣東 揭陽 515223)

0 引言

大型發電機組裝設發電機出口斷路器，用于在發電機與電網之間形成一個有效的可控斷開點，在事故情況下能有效隔離故障點，減小發電機和變壓器事故的危害范圍，減少事故情況下的倒閘操作量，縮短故障恢復時間;在機組正常起停過程中，只需操作發電機出口斷路器，不需要切換廠用電，可提高廠用電可靠性，有效簡化發電機并網操作步驟，也便于機組檢修、調試，提高機組可用率。但是，如果該斷路器因故無法正常動作時，也可能導致機組啟動延誤、開關越級跳閘等異常情況。

1 系統概況和事件經過

某電廠1號600 MW火力發電機組，為單元制接線，采用東方電機廠生產的QFSN-600-2-22A型發電機，發電機出口設有AREVA公司生產的FKG型斷路器(201)。該斷路器為戶內三相機械聯動型、金屬封閉、液壓操作、SF6氣體絕緣斷路器，額定開斷電流為120 kA，單合閘線圈，雙跳閘線圈，其一次系統接線如圖1所示。

2017-04-08，1號發電機臨修后啟動進行并網操作，并網瞬間運行人員在發電機出口斷路器處聽到合閘聲響，1號發電機正常接帶初始負荷35 MW，三相電流平衡對稱，但在DCS控制畫面上發電機出口斷路器(201)仍顯示為分閘狀態，故立即安排人員檢查。檢查發現就地匯控柜也顯示該斷路器在分閘狀態。

根據現場檢查情況分析，出現此異常可能有2種原因:一種是斷路器實際已合閘到位，但輔助接點回路反饋異常;另一種是斷路器本身并未合閘到位，只是弧觸頭已接合而主觸頭并未有效接觸。如果是第2種情況，則存在因為弧觸頭通流能力不足而導致觸頭發熱燒熔的風險。而由于斷路器狀態顯示為分閘位置，導致汽輪機DEH系統的控制模式未在并網狀態，汽輪機仍處于轉速控制模式，汽輪機實際轉速由電網頻率決定。由于電網頻率一直在變化，導致汽輪機設定轉速和實際轉速出現偏差，DEH系統則不斷地調整進汽調門，使發電機輸出功率逐漸波動上升，風險越來越大。但是限于斷路器本身的封閉結構，現場無法對上述可能的2種原因做進一步明確診斷，而斷路器顯示為分閘狀態則將導致其分閘回路不能接通，無法進行正常打閘操作。

為盡快消除風險，創造檢查消缺條件，向中調申請進行機組解列停運處理。隨后按正常停機流程(汽輪機聯跳發電機，即通過逆功率保護動作程跳發電機出口斷路器并滅磁)手動打閘汽輪機，聯跳發電機信號發出后因分閘回路不通，出口斷路器無法正常分閘，隨即觸發1號發電機出口斷路器失靈保護，跳開1號主變高壓側2201開關，1號主變和發電機一起從系統解列，機組安全停運。

圖1 一次系統接線

查保護動作報告如下:

1號發電機逆功率保護(逆功率定值為5 W，二次電流0．029 A，發電機CT變比:25 000/5，Ie=3．5 A)動作時，1號發電機定子電流二次值為:Ia=0．22 A;Ib=0．22 A;Ic=0．22 A。1 號發電機出口斷路器失靈保護(相電流整定值為1．05 A，發電機CT變比:25 000/5，Ie=3．5 A)動作時，1號發電機定子電流二次值為:Ia=1．460 A;Ib=1．399 A;Ic=1．407 A。保護均正常動作。逆功率保護及發電機出口斷路器失靈保護邏輯如圖2，3所示。

圖2 發電機逆功率保護動作邏輯

2 故障原因查找和處理

1號發變組從系統解列后，對發電機出口斷路器各部位進行了詳細檢查，發現其輔助接點傳動機構的傳動支點處銷釘墊片碎裂。

圖3 發電機出口斷路器失靈保護邏輯

該開關輔助接點聯動機構如圖4所示，其中:部件1為主觸頭機構，部件2為輔助接點機構連桿，部件3為輔助接點機構傳動桿。當斷路器合閘時，主觸頭機構1帶動輔助接點機構連桿2，使部件輔助接點機構傳動桿3沿圖示箭頭方向移動，從而使斷路器輔助接點機構動作，常開輔助接點閉合，常閉輔助接點打開。

圖4 開關輔助接點聯動機構

銷釘墊片碎裂后，致使部件2輔助接點傳動機構的連桿傳動支點和部件1，3脫扣，傳動功能失效。1號發電機出口斷路器主觸頭動作時，輔助接點傳動機構未隨主觸頭的動作而動作，以致斷路器合閘后其輔助接點狀態并未翻轉，導致跳閘回路的201DL接點無法合上，使跳閘回路一直處于開路狀態，無法實現跳閘功能。此接點在斷路器內部，現場無法進行就地短接，跳閘回路始終不能導通，以致在汽輪機打閘信號發出后，發電機出口斷路器沒有跳開，電流仍然存在，滿足失靈保護的啟動和動作判據(“斷路器保護動作”和“相電流”組成“與邏輯”)，從而觸發出口斷路器的失靈保護動作，并將上一級的1號主變高壓側開關2201跳開。

故障原因查明后，檢修人員對1號發電機出口斷路器輔助接點傳動機構進行了重新裝配處理。將原來易老化碎裂的塑料墊片更換為堅固可靠的不銹鋼墊片(見圖4中圓圈內)，恢復了輔助接點傳動機構的正常聯動功能。對修復后的斷路器進行就地和遠方分合閘操作試驗，確認斷路器分合閘動作正常，輔助接點反饋正常，消除了隱患，斷路器重新投運正常。

3 預防措施

(1) 針對機組并網狀態下出現發電機出口斷路器位置狀態反饋不對應的異常情況，做好充分事故預想。遇到涉及電網和機組安全的異常情況，成立由繼保人員參與的異常處置小組，制定處置方案。對于可能導致主變高壓側開關因失靈保護動作跳閘的情況，必須提前與中調聯系并說明情況，獲得中調許可后，方可采用手動打閘汽輪機的方式將機組解列。同時為了防止手動打閘可能帶來的汽輪機超速風險，必須在打閘前將機組功率降至零或微負值。

(2) 聯系斷路器廠家對開關輔助接點傳動裝置結構進行優化改造，將傳動機構中易老化碎裂的所有塑料墊片全部更換為堅固可靠的不銹鋼墊片。

(3) 每次機組停機期間對此開關的傳動部件進行專項檢查，并進行傳動試驗，確保所有傳動機構均可靠動作且能正確反饋位置狀態。

4 結束語

通過對此次事故的分析處理和經驗總結，找出了此型發電機出口斷路器可靠性的不足之處，為生產廠家進一步提升設備可靠性提供了現場依據和解決方案，也為采用同型設備的單位盡早進行隱患治理提供經驗，避免同類異常事件再次發生。