发电机出口开关储能失去分析及处理

钮志峰，程 途

(江苏华电戚墅堰发电有限公司，江苏 常州 213011)

0 引言

配置液压弹簧操作机构的开关在电力行业有着广泛的应用，此类机构具有结构紧凑、可靠性高、传动效率高等优点。开关每完成一次分闸或合闸操作，都需要通过其液压储能机构储能油泵进行打压，压缩弹簧对已释放部分储能进行恢复。开关操作次数的多少决定了储能机构动作的频繁程度，频繁动作易引起储能电机、传动机构等损坏。另外，液压机构属于高油压机构，活动部位的频繁动作也易造成局部磨损引起泄漏等情况发生。上述因素导致的开关故障时有发生，对此类故障如果不能够及时准确发现和处理，会造成开关控制的设备无法正常投退。一旦系统发生故障，开关不能正确、迅速地动作，将导致故障扩大的严重后果[1]。

1 设备概况

某公司采用S109FA燃气蒸汽联合循环机组，2005年投运，主要以调峰运行为主，起停频繁。机组由GE公司PG9351FA型燃机、D10型汽轮机、390H型全氢冷发电机及福斯特惠勒公司的三压再热自然循环余热锅炉组成。发变组采用单元制接线，厂用电取自接于主变低压侧的高厂变。发电机出口设有ABB公司生产的HECS-100XL型SF6组合开关(GCB)，作为发电机正常并网解列点，开关操作机构为HMB-4型液压弹簧机构。

2 异常情况及处理

2019年某日，2号机组正常启动，发电机并网前出口开关(GCB)状态正常。当发电机出口开关合闸并网后，先后出现“开关闭锁合闸”“开关分合闸线圈断线”“开关闭锁跳闸”及“开关储能超时”告警。

检查开关本体状态发现：液压机构储能弹簧处于完全释放状态，开关储能失去；控制回路电源、储能电源均完好；SF6气体密度正常。对开关操作机构进行常规故障类型诊断检查[2]得知：储能电机试启正常；传动齿轮完好；开关分、合闸线圈电阻正常，未有烧损现象；液压机构油位正常，未有外部渗漏油现象。

此时，发电机出口开关在“开关闭锁合闸、跳闸”状态下，开关不能完成分闸操作，发电机无法正常解列。当发生异常情况时，开关无法快速分闸切断故障，只能靠其失灵保护启动跳开主变高压侧开关，厂用电由快切装置切至备用电源供电，延长切除故障时间，会扩大停电范围，危及设备安全。

通常情况下，此类故障的处理原则措施是通过其上级开关代替故障开关进行隔离操作。为了确保安全，运行人员将本机组厂用电提前切换至备用电源供电，然后通过主变压器高压侧开关代替发电机出口开关完成发电机解列操作，发电机解列后，在燃机控制系统中强制“发电机出口开关状态闭锁机组盘车”条件，完成停机操作及机组盘车投入，将故障开关隔离检修。

3 原因分析

从异常现象和现场检查情况判断，开关液压系统存在异常是引起储能失去原因的查找方向。开关机构主要由1台油泵、3个油缸、1个储能弹簧、1套控制模块、1个合闸电磁阀、2个分闸电磁阀以及相关附件构成。发电机出口开关机构原理(分闸状态)如图1所示。

图1 开关机构原理（分闸状态）

故障前，开关处于分闸状态，机构储能状态正常，油泵也未有频繁打压的情况，可基本排除液压系统的静态回路存在泄漏的可能性。开关合闸后，瞬间出现异常报警，开关从分闸到合闸状态变换主要通过开关的合闸电磁阀对控制模块进行操控完成，开关合闸后控制模块完成高低压油路的切换，在切换后出现了异常情况。

下面通过对比开关分闸、合闸状态下液压油路进行分析。

开关在分闸状态下，即故障前状态。控制模块在分闸位，合闸电磁阀关闭状态，电磁阀两侧为高、低压油区，如合闸电磁阀存在泄漏，则高压油会泄漏至低压区，高压油不能维持油压，开关储能弹簧在没有油压的束缚下就会释放，油泵会频繁启动保压。实际情况未有此现象，可排除合闸电磁阀存在泄漏可能性。此时，两个分闸电磁阀两侧均为低压油区，如果分闸电磁阀存在泄漏，油压也不会产生变化，储能弹簧不会有任何异常反应。

开关在合闸状态下，也就是故障状态。开关控制模块从分闸状态转换为合闸状态，合闸电磁阀两侧均转换为高压油区，此时电磁阀泄漏与否，油压不会产生任何变化，对弹簧储能与否没有影响。两个分闸电磁阀的两侧则均转换为高、低压油区，如任一只电磁阀存在泄漏，高压油通过该电磁会漏至低压区，高压油难以维持压力，储能弹簧在没有油压保持的情况下释放，油泵自动投入运行进行打压。如果泄漏较大，油压长时间无法恢复，3 min后储能弹簧不能储能到位，油泵超时自停。由于开关储能未能恢复，失去分、合闸能力，被闭锁。

报警时序信息也印证了上述情况。开关合闸时，高压油经合闸电磁阀进入开关导杆下部，推动导杆完成合闸操作，由于分闸电磁阀存在泄漏，一部分高压油经分闸电磁阀进入低压油系统。开关正常储能即可完成合分—合分操作循环，由于存在泄漏，所以开关完成一次合闸操作，弹簧存储的能量释放量超过正常情况，导致开关合闸后即出现“合闸反馈”“闭锁合闸”与“开关分合闸线圈断线”信号（开关正常分合闸操作无上述报警信号出现）。3 s后，高压区油压进一步降低，发出“开关闭锁跳闸”信号，弹簧储能完全释放。在弹簧释放过程中，虽然储能油泵已经投入，由于高低压油路存在泄漏，3 min后弹簧储能未能恢复，油泵运行超时自停。

通过以上分析，开关合闸后储能失去的原因是开关分闸电磁阀未关闭到位，油路存在泄漏，导致开关合闸后高压油区不能维持压力、弹簧储能释放，引起开关异常。拆解检查分闸电磁阀，发现其中一个电磁阀存在卡涩现象，不能有效关闭，印证了上述分析结论。因开关投运时间较长，操作次数较多，部件存在老化磨损问题，对分、合闸电磁阀全部进行更换，处理后开关恢复正常投运。

4 措施建议

在开关分闸操作完成后，由于开关分闸电磁阀关闭不到位，存在泄漏的情况，在开关分闸操作后不会有任何异常表现，属于比较隐蔽的故障。现有的开关监测系统无法判断预警此类故障，只有在开关由分闸状态转换到合闸状态后才会暴露，属于突发性故障，给现场处理带来一定的困难。

在现有的条件下，需要从运行和维护两方面着手应对此类故障。运行方面，编制此类故障的应急处置方案，在发生此类故障时能正确有效的进行处置，避免故障扩大化。维护方面，按设备维护规定做好定期检查试验，及时排查隐患和缺陷；加强维护人员的技术培训，以在出现故障时，缩短排查时间，提高处置效率；对运行年限较长、操作频繁的开关，及时更换分合闸电磁阀或储能机构；做好备品备件的储备，避免出现此类情况时，由于短时采购不到备件，影响设备的投运。从现场实际更换电磁阀的作业看，更换电磁阀的操作时间较短，数分钟即可解决，更换难度不大，同时损失的液压油极少，一般不需要进行液压油加注。在确定因分闸电磁阀关闭不到位引起储能失去的情况下，确保其他条件满足时，闭锁开关动作，即可进行分闸电磁阀在线更换，可以避免不必要的设备停运。

5 结束语

大型电力开关的分闸电磁阀泄漏造成的开关拒动故障并不常见，但该类故障一旦发生，有可能造成较大的事故及经济损失，因此如何避免该情况的发生是电力企业必须重视的问题。处理该问题需要从运行和维护两方面相结合考虑，从提高设备的可靠性和应急处置能力着手，确保设备的安全运行。