浅析水电厂发电机非全相停机故障原因及对策

闫东明

（五凌电力有限公司碗米坡水电厂，湖南 湘西州 416500）

1 水电厂情况简介

该文以某一水电厂的发电机为例进行研究。该水电厂在20世纪90年代初建立，于1992年正式投入生产，其总装机容量为4×200 MW+1×5.25MW。在实际运行过程中，电厂在电网中还承担其他任务，如调频、调峰等。发-变组采用单元接线方式，主接线采用双母加母联接线方式，其中330 kV 的3回出线分别与省主网相连[1]。图1为该电厂的阻主接线图。

图1 电厂的阻主接线图

2 水电厂发电机非全相停机故障分析

该电厂还承担其他任务，如调频、调峰等，在执行这些任务时，会对发电机进行开机、停机操作，长此以往，其开关操作次数逐步增多，可能出现一些其他不安全因素，如开关分闸、合闸期间出现较大的振动，可能让开关相关零部件出现松动的情况，进而引起水电厂发电机非全相停机故障。在该次研究中，对水电厂发电机中的巡检记录做了查看，部分与开关相关的内容如下。

在2018年2月18日，巡检工作人员在例行检查时，观察到3305开关、3304开关SF6中的压力检视表存在部分脱焊的情况，于是立即采取措施加以处理，还好没有出现完全脱焊，没有出现气体泄漏现象，未造成安全损失。在2018年2月24日，巡检工作人员发现3302开关、3303开关的紧固件连接螺栓出现松动情况，于是立即运用相关工具对其进行紧固处理，由于处理及时，没有让设备出现故障。2018年6月6日，巡检人员在检查期间，发现3302开关的控制挚子轴杆存在缺陷，很可能随时出现脱落的情况，另外还存在螺栓松动等情况，由于处理及时，没有引起设备故障。

在2018年6月17日，对2号发电机进行停机操作后，发现开关存在异常声音，该声音出现时间为2 s，对其进行检查时，发现故障记录断路器跳闸时间如下：A相19：36：45：555，B相19：36：45：565，C相19：36：47：863，可以得出C相出现了2.3 s的延迟。“电调主阀动作”和“3303合位送机组状态监测”及“机组跳发-变组断路器”时间均为19：36：45：280，并报出“转子灭磁过电压”光字。故障期间转子电流最高1 750 A，“机组导叶大于全关”及“CB三相不同期报警”信息时间为19：36：45：690。对开关站3303间隔、风洞检查无异常，测量发电机转子绝缘合格。经检查分析，认为是3303开关断路器C相跳闸回路辅助接点因分闸时开关巨大的振动而抖动，引起开关跳闸时间的延迟；又因开关非全相运行时间很短，所以未对3号发-变组造成损害[2]。

3 水轮发电机停机时非全相运行的危害

3.1 可能引起对外停止供电事故

在发电厂运行过程中，由于需要进行调频、调峰等，会对发电机进行停机操作。而在这一操作过程中，会将发电机有功、无功功率降为0，然后才能将停机指令发出，如果在这期间，存在开关断开的情况，停机程序仍继续执行发电机逆变灭磁和全关水轮机导叶流程，这时发电机进入非全相运行状态。开关本体的三相不一致保护及发电机负序保护动作，以跳开本身开关；但是因开关拒动，由负序保护启动开关失灵保护，跳开同一母线上相邻运行开关元件，这将会引发范围停电，情况严重时，会影响电厂对外供电，引发停电事故[5]。

3.2 可能存在烧坏等严重危害

水轮发电机在开关非全相又遇到导叶全关并灭磁时，非全相运行对机组造成的危害更严重[3]。开关非全相运行，如一相或二相开关在合位，主变压器中性点直接接地，这时主变压器中的零序电流3I0约为正常相电流的2倍；如负荷电流较大时发生非全相运行，如果没有及时给予处理，将会对变压器造成很大危害，甚至造成烧坏后果[4]。

4 故障的进一步探究——开关振动原因分析

开关振动是引发水电厂发电机非全相停机故障的主要原因。下面对引起开关振动的原因进行分析。

该水电厂所用封闭组合电气（GIS）为330 kVSF6，使用的LW13-33（300-SFMT-50B）断路器于1990年建厂时购买，使用时间超过20年，年限过久，老化明显，在实际运行过程中，有一定概率会出现故障，存在一定的安全隐患。为了安全，水电厂在2017年2月6日逐步对设备进行更换，更换为LWG23-363断路器，新旧设备各有其优缺点，具体情况见表1。

表1 新旧断路器优缺点

从表1中可以看出，断路器更换后，其操作气压从1.5 MPa上升到1.6 MPa，在开关合闸、开闸速度方面有了较大幅度的提升，但是同时其振动幅度也变大，并且会存在一定的噪声，影响工作人员的正常工作。也就是说，开关振动来自更换后的新断路器。

5 应对策略

5.1 三相跳开改进

5.1.1 存在的问题

经过仔细观察发现，需要三相开关全部跳开后，才可以进行停机，然而三相开关处于串联状态，难以准确地判断某相开关是否跳开，并且不能完全保证三相全不跳开后再停机，这将存在非全相故障的可能。

5.1.2 回路改进

为了更准确地判断三相开关是否完全处于跳开状态，这里可以将串联调整为并联，如图2所示，一旦某一相开关没有跳开，Y1、Y2将会处于通电状态，电气设备会接收到“未完全跳开”这一信号，因此将不会停机，这就避免了非全相故障的发生。在这期间，还会对工作人员发出信息，让他们及时查找完全跳开的原因，进行故障排除处理。在2018年6月对三相开关进行了调整，按照图2所示将其由串联调整为并联，调整后，通过该原理，避开了断路器非全相停机故障[6]。

图2 串联调整为并联

5.2 对停机流程进行调整

5.2.1 对现场作业方式进行调整

停机流程调整后，工作人员将发电机的无功功率、有功功率降为0，然后将断路器断开，确定三相都跳开后，再对机组发出“停机”指令。

5.2.2 对开机流程进行调整

小说家对任何一种叙事方式的选择，都是思想与感情表达的需要，和艺术个性、审美情趣的自然流露，张爱玲也是如此。艳异空气的制造，即张爱玲擅长的隐喻象征，而艳异空气的突然跌落，就是隐喻背后的嘲弄和暗示。在某种程度上，张爱玲通过“反高潮”完成的就是对理所应当、顺其自然的反讽，用最直接、最果断的方式向我们展示凡事都有意料之外的可能。生活、人性、现实都有其不可理喻的一面，张爱玲做的就是把这一面直接剖开给我们看，告诉我们这是生活，这就是人性，这是现实。

确定发电机并网，然后检查断路器三相是否连接上，全部连接成功后，再增加无功功率、有功功率增加，最后发出“开机”指令。

5.3 断路器更新

想要进一步消除存在的安全隐患，就可以更换断路器，该水电厂从2019年3月开始逐步更换2号机组、3号机组的断路器，更换后的断路器为LWG-363/Y3150-50G，该型号的断路器为型液压弹簧操动，通过多次试验发现，这一型号的断路器进行3 000次操作不会出现不良情况，而且具有便于维护、振动幅度小、开闸以及合闸速度快的优点，其使用效果良好。

5.4 重视断路器的管理维护

就现阶段来看，水电站的1号机组、4号机组的断路器没有更换，因此它们会存在一定的缺陷，需要对其进行管理和维护。

在进行断路器分闸后，相关工作人员应对其进行检查，观察设备外部情况，如果观察到不良现象，应将其告知检修人员，及时给予处理。对设备的螺栓等进行定期检查，避免出现松动等不良情况。经过观察发现，在进行一定数量的合闸、开闸操作后，螺栓会存在松动的可能，一般来说这一数量为35次左右，因此需要定期进行紧固处理。定期检查断路器的辅助接点，观察其接触性是否良好，回路是否完好等。

5.5 应对策略

为了处理好振动情况，使开关设备更加安全可靠，可以变更水电厂发—变组断路器从操动方式，即将原有的操动方式变为液压弹簧操动，这能够从源头消除振动，使整个设备更加安全。

为了避免出现非全相故障， 可以采用并联的方式，将开关辅助接点接入机组停机回路，这种方法的安全性非常高，是提高飞翔全相故障安全性的重要措施。在对该水电站进行改造时，就对其开关进行了该操作，提高了其安全性能。

在考虑断路器更新时，需要结合其具体情况，如安装位置、设备性能等因素，进而选择最佳型号。在施工前，需要对现有方案进行考证，论证其可行性，确保其可靠性，然后才能给予施工，这样在一定程度上能够降低损失。

6 非全相事故预防、判断及处理

事实上，非全相不仅可能存在停机故障，其运行时还可能带来其他故障，如发电机存在较大振动，发电机温度上升，出现温度较高的情况等。为了处理好这些不良现象，需要了解非全相事故，了解其预防措施以及其应对方法，这里分别从这3个方面对其进行了讲解。

6.1 发电机非全相事故的预防措施

发电机非全相事故的预防措施包括以下4点内容：1）做好检查工作。制定各项设备检查制度，按时对各项设备进行检查，同时做好维护措施，对一些易出故障的设备进行重点观察，如开关设备、断路器等，确保这些设备运行的安全性和可靠性，尽量避免可能存在的事故。2）做好机组的保护措施，完善相关的保护设备，优化定值的设置，管理好出口继电器动作，同时做好断路器、发变组的维护，检修完成后应进行模拟运行，测验其可靠性。处于非检修情况下的机组，其各项指示灯都应显示正常，保护压板投运无误。3）保证操作电源的可靠性，确保电源备用、独立、可靠。4）定期组织发电机非全相运行反事故演练，使值班人员明确处理步骤及注意事项，达到判断正确、处理果断、操作迅速、不扩大事故的目的。

6.2 发电机非全相事故的现象

对于发电机非全相来说，除了会存在停机故障，还可能出现其他故障，这里对其做了简要的总结，主要有以下4点：1）中控室模拟屏上该断路器信号灯不亮，主站该断路器显示为灰色不定态。2）PSTA2003状态监测系统中该机组各振动幅值增大，现场运行噪声增强，断路器三相指示不一致。3）NC2000监控系统中该机组转子温度升高，发电机定子三相电流严重不对称：一相在合时，两相有电流，一相无电流；两相在合时，三相有电流，其中一相电流较大。4）现场检查开关三相状态不一致。

6.3 发电机非全相事故的处理方法

发现机组存在故障时，相关工作人员应到断路器等关键区域进行现场检查，观察是否存在断路器非全相运行。

迅速联系梯调转移该机组有功、无功负荷至空载（进相时应适当增加励磁使无功为零）。

派人到机组励磁系统检查励磁运行情况，如灭磁开关跳闸，则现地手动合上灭磁开关，并手动建压至额定电压。

现地再设法跳出口断路器一次，对发电机组还可以分高压侧断路器，如分闸成功，发停机令停机；如分闸失败，则迅速联系调度中心解列同一出线的另外机组出口断路器后，由渔峡开关站断开出线侧开关，使故障机组带线路空载运行。

待停机后，布置安全隔离措施，对该开关进行全面检查、处理。如果发电机长时间非全相运行，还应该全面检查发电机内部绕组端部、槽楔、大电流连接部位以及固定件等。

7 结语

综上所述，该文主要对水电厂发电机非全相停机故障进行了探讨，分析其故障原因，即断路器振动较大是其主要原因。在对其进行处理时，可以直接更换断路器，使用振动幅度极小的断路器，液压弹簧操动类断路器就符合其要求，能够从根本上解决这一故障问题。如果断路器没有得到更换，就可以采用更改开机、停机操作流程，对回路进行改进，重视断路器的维护，进而降低故障发生的可能。