发电机出口断路器合闸故障分析和预防措施

张亮杰

(广东粤电靖海发电有限公司，广东 揭阳 515223)

0 引言

大型发电机组装设发电机出口断路器，用于在发电机与电网之间形成一个有效的可控断开点，在事故情况下能有效隔离故障点，减小发电机和变压器事故的危害范围，减少事故情况下的倒闸操作量，缩短故障恢复时间;在机组正常起停过程中，只需操作发电机出口断路器，不需要切换厂用电，可提高厂用电可靠性，有效简化发电机并网操作步骤，也便于机组检修、调试，提高机组可用率。但是，如果该断路器因故无法正常动作时，也可能导致机组启动延误、开关越级跳闸等异常情况。

1 系统概况和事件经过

某电厂1号600 MW火力发电机组，为单元制接线，采用东方电机厂生产的QFSN-600-2-22A型发电机，发电机出口设有AREVA公司生产的FKG型断路器(201)。该断路器为户内三相机械联动型、金属封闭、液压操作、SF6气体绝缘断路器，额定开断电流为120 kA，单合闸线圈，双跳闸线圈，其一次系统接线如图1所示。

2017-04-08，1号发电机临修后启动进行并网操作，并网瞬间运行人员在发电机出口断路器处听到合闸声响，1号发电机正常接带初始负荷35 MW，三相电流平衡对称，但在DCS控制画面上发电机出口断路器(201)仍显示为分闸状态，故立即安排人员检查。检查发现就地汇控柜也显示该断路器在分闸状态。

根据现场检查情况分析，出现此异常可能有2种原因:一种是断路器实际已合闸到位，但辅助接点回路反馈异常;另一种是断路器本身并未合闸到位，只是弧触头已接合而主触头并未有效接触。如果是第2种情况，则存在因为弧触头通流能力不足而导致触头发热烧熔的风险。而由于断路器状态显示为分闸位置，导致汽轮机DEH系统的控制模式未在并网状态，汽轮机仍处于转速控制模式，汽轮机实际转速由电网频率决定。由于电网频率一直在变化，导致汽轮机设定转速和实际转速出现偏差，DEH系统则不断地调整进汽调门，使发电机输出功率逐渐波动上升，风险越来越大。但是限于断路器本身的封闭结构，现场无法对上述可能的2种原因做进一步明确诊断，而断路器显示为分闸状态则将导致其分闸回路不能接通，无法进行正常打闸操作。

为尽快消除风险，创造检查消缺条件，向中调申请进行机组解列停运处理。随后按正常停机流程(汽轮机联跳发电机，即通过逆功率保护动作程跳发电机出口断路器并灭磁)手动打闸汽轮机，联跳发电机信号发出后因分闸回路不通，出口断路器无法正常分闸，随即触发1号发电机出口断路器失灵保护，跳开1号主变高压侧2201开关，1号主变和发电机一起从系统解列，机组安全停运。

图1 一次系统接线

查保护动作报告如下:

1号发电机逆功率保护(逆功率定值为5 W，二次电流0．029 A，发电机CT变比:25 000/5，Ie=3．5 A)动作时，1号发电机定子电流二次值为:Ia=0．22 A;Ib=0．22 A;Ic=0．22 A。1 号发电机出口断路器失灵保护(相电流整定值为1．05 A，发电机CT变比:25 000/5，Ie=3．5 A)动作时，1号发电机定子电流二次值为:Ia=1．460 A;Ib=1．399 A;Ic=1．407 A。保护均正常动作。逆功率保护及发电机出口断路器失灵保护逻辑如图2，3所示。

图2 发电机逆功率保护动作逻辑

2 故障原因查找和处理

1号发变组从系统解列后，对发电机出口断路器各部位进行了详细检查，发现其辅助接点传动机构的传动支点处销钉垫片碎裂。

图3 发电机出口断路器失灵保护逻辑

该开关辅助接点联动机构如图4所示，其中:部件1为主触头机构，部件2为辅助接点机构连杆，部件3为辅助接点机构传动杆。当断路器合闸时，主触头机构1带动辅助接点机构连杆2，使部件辅助接点机构传动杆3沿图示箭头方向移动，从而使断路器辅助接点机构动作，常开辅助接点闭合，常闭辅助接点打开。

图4 开关辅助接点联动机构

销钉垫片碎裂后，致使部件2辅助接点传动机构的连杆传动支点和部件1，3脱扣，传动功能失效。1号发电机出口断路器主触头动作时，辅助接点传动机构未随主触头的动作而动作，以致断路器合闸后其辅助接点状态并未翻转，导致跳闸回路的201DL接点无法合上，使跳闸回路一直处于开路状态，无法实现跳闸功能。此接点在断路器内部，现场无法进行就地短接，跳闸回路始终不能导通，以致在汽轮机打闸信号发出后，发电机出口断路器没有跳开，电流仍然存在，满足失灵保护的启动和动作判据(“断路器保护动作”和“相电流”组成“与逻辑”)，从而触发出口断路器的失灵保护动作，并将上一级的1号主变高压侧开关2201跳开。

故障原因查明后，检修人员对1号发电机出口断路器辅助接点传动机构进行了重新装配处理。将原来易老化碎裂的塑料垫片更换为坚固可靠的不锈钢垫片(见图4中圆圈内)，恢复了辅助接点传动机构的正常联动功能。对修复后的断路器进行就地和远方分合闸操作试验，确认断路器分合闸动作正常，辅助接点反馈正常，消除了隐患，断路器重新投运正常。

3 预防措施

(1) 针对机组并网状态下出现发电机出口断路器位置状态反馈不对应的异常情况，做好充分事故预想。遇到涉及电网和机组安全的异常情况，成立由继保人员参与的异常处置小组，制定处置方案。对于可能导致主变高压侧开关因失灵保护动作跳闸的情况，必须提前与中调联系并说明情况，获得中调许可后，方可采用手动打闸汽轮机的方式将机组解列。同时为了防止手动打闸可能带来的汽轮机超速风险，必须在打闸前将机组功率降至零或微负值。

(2) 联系断路器厂家对开关辅助接点传动装置结构进行优化改造，将传动机构中易老化碎裂的所有塑料垫片全部更换为坚固可靠的不锈钢垫片。

(3) 每次机组停机期间对此开关的传动部件进行专项检查，并进行传动试验，确保所有传动机构均可靠动作且能正确反馈位置状态。

4 结束语

通过对此次事故的分析处理和经验总结，找出了此型发电机出口断路器可靠性的不足之处，为生产厂家进一步提升设备可靠性提供了现场依据和解决方案，也为采用同型设备的单位尽早进行隐患治理提供经验，避免同类异常事件再次发生。