发电机出口开关非同期并列原因分析

贾玉峰，张秀平

（云南大唐国际李仙江流域水电开发有限公司，云南 昆明 650011）

0 引言

发电机同期并列的条件是发电机与系统的相序相同，电压、频率相同，相位基本相同(指差距在规程允许范同内)，才可以将发电机并人系统。但由于发电机并网时牵涉的设备和条件比较多，因此当一个因素不满足时就达不到并列条件的要求。如果强行并网，就有可能发生非同期并网现象。

某水电厂2号发电机出口开关本身存在机械故障情况，而且基建时开关二次回路线路改动错误，致二次回路异常。如果发电机出口开关不能预期合闸时，由于二次回路异常，很容易造成出口开关二次重合闸，而开关重合闸的时间不一定在同期点上，往往引起发电机非同期并网故障。该水电厂发电机变压器为单元式结构，在设计时考虑到水电厂机组启动频繁，如果机组停电后变压器也从电网中切除，这样每次机组启动时变压器都要充、送电，由于启动频繁，每次变压器都要充电，这样对变压器的绝缘不利，因此在发电机与变压器之问增加了出口开关。在机组运行时，变压器按正常方式运行，机组停运时，由出口开关断开发电机与变压器的连接，但变压器仍在系统上空载运行。这种运行方式的缺点是：即使在机组停运时，变压器也一直带电运行，但机组停运后变压器仍空载运行，将产生空载损耗，造成厂用电增加，使综合厂用电率增加；同时，以这种方式运行，对发电机出口开关的技术条件要求很高，不但要求能可靠分合闸，而且要求开关的同期性能很好。

1 非同期并网事故情况

2007年lO月5日，该水电厂2号机组在消缺后开机至“空转”状态，l8时26分，2号机组转“热备用”状态后开机并网，18时26分，在上位机上操作“2号机组发电”令，l8时28分，2号机组与系统自动准同期并列时，2号主变差动保护Ⅱ动作，2号主变高压侧开关202QF及2号发电机出口开关021QF开关断开，切断与系统的连接。18：35，检查了保护动作情况、同期装置定值、同期回路绝缘情况，未发现异常情况；对2号发电机出口开关进行了外观检查，没有发现问题；对开关进行了合跳试验，前两次感觉开关声音异常，但随后的合跳试验中开关声音正常，于是将开关投人运行，2号发电机并网发电。

同样的故障情况，在2007年3月也发生了一次，当时只是对开关和同期装置进行了检查，没有发现异常现象，发电机随后并网运行。在随后的多次启停机过程中，直到lO月5日，没有再发生非同期并列现象。但有时发电机并网时，运行人员听到变压器有比较大的声音。

2 事故检查及原因分析

对开关进行特性试验，发现开关除弹跳时间很大 (超过60 ms)外，其它常规试验和特性试验都合格；另外发现开关在柜外合跳试验时有时合不上的现象；从上位监控机发现2号发电机出口开关有疑似二次合闸的报警信号。对2号发电机出口开关及同期装置回路进行了检查，开关检查结果和l1月1日的检查结果相同。分析认为：开关故障只能引起发电机并网不成功，但不应该出现二次合闸现象。为此对2号发电机做了几次假同期试验，其中有一次通过录波仪确实发现开关有二次重合闸现象，见图1。联系到上位监控机的疑似二次合闸的报警信号，初步怀疑二次回路有异常，因此对同期装置二次回路和开关合闸二次回路进行检查。检查结果发现，同期装置回路正常，但发电机出口开关实际接线和开关的原理接线图存在不一致的地方。见图2和图3所示。

图1 假同期试验录波：其中有两次合闸脉冲(UFD)

从开关接线原理图看，开关操作回路中间继电器K1有两个作用：一是若合闸回路串连S3，由于S3接点容量问题，由K1转换；二是防跳作用，由Kl的开点自保持。另外，当同期装置发出合闸指令后，经HBJ继电器、Sl、Kl接点、Y9继电器及S12，回路导通，开关合闸，合闸后S1接点断开。由于S3为开关蓄能机构的位置接点，当蓄能完毕后S3闭合。S3闭合后Kl带电。由于在合闸回路中的K1继电器的两个接点脚2l和22以及脚3l和32的长闭接点和脚13和14的Kl常开接点互为连锁，开关合闸时脚13和脚14的常开接点闭合后，脚21和22以及脚3l和32的长闭接点断开，因此Y9不会重新带电，合闸回路处于断开状态。如果开关机构合不上，S1接点又重新闭合，但由于脚2l和22以及脚31和32的长闭接点断开，合闸回路仍在断开状态，开关不会重新合闸，即开关的防跳功能防止开关重新合闸。由于发电机保护系统和开关本身都有防跳保护功能，因此开关在安装时将防跳保护功能取消。从图3中可以看出，在取消开关的防跳功能时，操作人员却将S3的22脚拆开，认为这样能将防跳功能取消；但分析开关的实际接线，当S3的22脚拆掉后，同期装置发出合闸指令开关合闸，如果开关机构合闸不成功，开关机构挂不上，Sl重新闭合；但由于开关合闸不成功，机构挂不上后会分闸；而开关的合闸脉冲时间大约为0.3 s，蓄能时间为6 s左右；当开关合闸不成功后，由于S3的22脚拆除，Kl继电器不带电，K1继电器的脚21和22以及脚31和32的长闭接点闭合，合闸线圈Y9带电，即从开关接到合闸指令到开关断开，合闸回路一直在导通状态，当开关蓄能完毕后，开关就会发生重合闸的情况。因此，既要拆除开关本身的防跳保护回路，又要防止开关重新合闸，应将K1继电器的脚14线拆开，这样就能防止开关在第一次合闸不成功后，开关蓄能完毕后也不会发生重合闸的情况。

开关在更改接线后，对开关进行了多次试验，没有发生重合闸的现象。图4更改后的买际接线图从以上分析可以看出，开关机构本身存在的缺陷，导致开关存在合闸不成功的现象，即出口开关存在同期点合闸成功率达不到100%。另外，开关在取消防跳功能时拆错接线，导致合闸回路异常，当开关第一次合闸不成功时，引起开关第二次合闸现象，由于开关二次合闸的时间，可能在并网同期点，也可能不在同期点，如果同期点相差不大，能够并网成功，但可能对发电机或者变压器产生冲击，如果和同期点相差比较大，就会发生非同期并网，对发电机或变压器的冲击较大，导致保护动作。在10月5日发生的非同期并网事故，就是由于同期点相差比较大的原因造成保护动作跳闸，而以前虽然在上位监控机上发现开关有多次重合闸现象，但没有发生非同期并网现象，原因是开关第二次合闸时和同期点相差不大，但对变压器有一定的冲击，这是发电机并网时变压器声音比较大的原因。

综上所述，开关合闸回路存在故障是造成发电机非同期并网的主要原因，但由于类似的合闸回路故障不容易查找，而且，在开关合闸正常的情况下，该类型的合闸回路故障也表现不出来，平时开关的传动也难查出二次回路故障，另外开关的本身故障导致开关不能正确合闸，是导致发电机非同期并网的首要原因。

3 结束语

发电机非同期并网故障，有开关本身的原因、同期装置故障的原因、PT接线错误的原因，其中，因开关合闸回路错误造成的非同期并网事故比较少，而且比较难以查找，应吸取教训，减少由于出口开关及其二次回路故障造成的非同期并网，建议采取以下预防措施。

（1）假同期试验：在发电机并网前做假同期试验，这不但能够检查出接线错误，以及开关的合闸时间参数是否合格，再结合其它手段，还能检查出开关二次回路接线是否正确。

（2）开关掉闸试验：若开关二次回路检查后不能确定回路是否正常，可进行开关掉闸试验，以验证二次回路的正确性。

（3）加强开关的检查维护：由于水电厂启停机次数比较多，发电机出口开关分合闸频繁，因此对开关的各项特性参数如分合闸时间、同期、弹跳时间，行程和超行程等要求很高，如果开关异常，将首先在这些参数上表现出来，因此应适当缩短发电机出口开关的特性试验周期，另外开关的绝缘、耐压、动作电压等常规试验也应按标准进行，防止开关绝缘方面的故障。