水轮发电机组出口开关拒动的危害分析

水轮发电机组出口开关拒动的危害分析

胡成佑

（青海大唐国际直岗拉卡水电开发有限公司青海尖扎811999）

摘要：发电机出口开关，主要任务就是切断和接通发电机在各种状态下的电流，及正常飘零电流，电气故障下的额定负荷电流以及电气设备事故状态下的短路电流等，发电机出口开关还担任发电机的同期合闸功能，具有完善的灭灭弧装置和高速传动机构，要求三相同步分合闸，操作机构是开关的关键机构，操作机构有储能机构、合闸机构、脱扣机构等组成，开关机构最重要指标是灭弧与操作可靠。

文章主要分析发电机在不同的运行环境下出口开关故障拒分闸会带来不同严重后果进行简单地分析。

关键词：发电机；出口；开关；危害。

1.前言

在电力系统中，高压断路器（或高压开关）开关它不仅可以切断或闭合高压电路中的空载电流和负荷电流，而且当系统发生故障时通过继电器保护装置的作用，切断过负荷电流和短路电流，但是在实际应用中，经常出现该跳不跳，该合不合的现象称为拒动，造成设备严重损坏，事故扩大，甚至造成严重的设备影响，现就发电机出口开关拒动的几种形式进行分析，海望对现阶段运行方式相近发电厂的运行工作予以微不足道的指导。

2.出口开关拒动的几种危害分析

2.1正常开机

当机组在正常的开机操作中遇到发电机出口开关拒动时，会延迟甚至会导致开机失败，在电网系统负荷紧张时回影响系统稳定运行。

2.2正常停机

当机组在正常停机操作中遇到发电机出口开关拒动时，延长停机时间，操作不慎很容易发生意外事故，甚至会造成上一级开关分闸造成相邻设备停运，给公司造成不必要的损失。

2.3当机组出现故障或事故，保护装置启动，发电机组的励磁开关、出口开关跳闸，同时调速系统启动事故流程，进行关闭机组原动力，如果遇到发电机出口开关拒动，会造成很大的危害。

2.4保护装置启动并出口

发电机故障保护装置启动并出口，而出口开关故障拒跳闸时，发电机定子与电网保持联接状态，各厂的接线关系不同，都有可能励磁系统跳闸退出运行，造成发电机失磁、失步运行，此时非线性灭磁电阻投入运行状态，转子回路经灭磁电阻构成合环，将发动机运行状态转变为异步运行状态。

合环的转子绕组和磁极阻尼绕组在定子旋转磁场下旋转，产生强大的感应电流，导致灭磁开关柜非线性灭磁电阻发热烧毁。

转子阻尼绕组在旋转的定子磁场中产生感应电流，维持发电机转子以异步状态运行，因发电机原动力消失，水轮机增加转子的转动负荷，因而加大转子阻尼绕组的电流，引起发电机振动增大，转子阻尼绕组中的感应电流超过其承受极限电流而发热，造成阻尼绕组连接片变形松动，严重时熔断。

发电机组磁场的变化加上水轮机水流流态的变化，引起机组剧烈震动，加大机械系统的负荷，严重影响机组安全。

机组在此故障状态下运行，大量从系统中吸收无功功率，定子无功电流剧增，导致定子线棒发热；震动，承受巨大的电动力而松动绝缘受损。

由于灯泡贯流式机组的特性，当机组处于异步运行且导水叶关闭的情况下在主轴密封处产生真空区域，主轴密封水消失，在剧烈的震动中主轴密封损坏造成水淹事故。

3.发电机出口开关故障拒动处理方法

本文就发电机出口开关拒动情况按照以下四种情况进行分析，当发电机出口开关在故障情况下，保护装置启动出口动作时发电机出口开关跳闸拒动情况作一简单分析，如图1。

3.1发电机出口开关拒分，励磁系统工作正常，导叶空载。

此类情况，调速系统和励磁调节器在正常工作状态，实际上就是发电机正常的空载运行状态，水轮发电机各项参数都会在正常范围内运行，不同的是此时发电机输出功率为“零”，水轮机输入功率与水轮发电机维持正常额定转速下的功率消耗相持平，运行值班人员，应保持冷静。

处理方法：

全面检查后，取消本次操作，将发电机组恢复到发电运行状态，寻找合适的处理时间进行处理。

必要时联系调度，把同一上级开关下，相邻设备申请停运，完成后再申请使用上级开关对发电机进行解列操作。

3.2发电机出口开关拒分，励磁系统工作正常，导叶全关到“零”。

此时发电机处于调相运行状态，发电机参数：有功功率为负值，功率因数很低，发电机大量从系统吸收有功功率发出无功功率，发电机励磁电流（过励磁，欠励磁）决定发电机向系统输出感性无功功率还是容行无功功率。但是无论怎样，都属于发电机的一种运行状态，不会对发电机造成损害。

处理方法

此时运行人员只要将水轮机导水叶打开到空载开度及以上即可，之后再联系调度，把同一上级开关下相邻设备申请停运，完成后再申请使用上级开关对发电机进行解列操作。

3.3发电机出口开关拒分，灭磁开关跳闸，导叶空载。

图1

此种状态为发电机深度进相运行或失磁运行状态。

发电机失磁后的象征：

（1）发电机定子电流和有功功率在瞬间下降后又迅速上升，而且比值增大，并开始摆动。

（2）发电机失磁后，如果水轮机输入功率为正，还能发一定的有功功率，并保持送出的有功功率的方向不变，但功率表的指针周期性摆动。

（3）定子电流增大，其电流表指针也周期性摆动。

（4）发电机从送出无功功率变为吸收无功功率，其指针也周期性的摆动。吸收的无功功率的数量与失磁前的无功功率的数量大约成正比。

（5）转子回路感应出滑差频率的交变电流和交变磁势，故转子电压表指针也周期性的摆动。

（6）转子电流表指针也周期性的摆动，电流的数值较小。

（7）当转子回路开路时，由转子本体表面感应出一定的涡流而构成旋转磁场，也产生一定的异步功率。

发电机失磁对发电机和系统都会产生不利的影响，对系统的影响是：

1）使系统出现无功功率缺额；

2）造成其它发电机过流；

对发电机本身的影响是：

1）转子的损耗增大造成转子局部发热；

2）发电机受交变异步功率的冲击而发生振动。

一般来讲发电机失磁保护会动作，后备保护启动。

发电机保护动作后，跳开上一级开关，发电机解列，此时按照正常停机程序停机，

如果保护未动作或上一级开关跳闸失灵，发电机定子端部漏磁通变化比增大，使得端部发热最严重，发电机定子线圈温度将急剧上升。母线电压降低，运行中的各电气设备，因母线电压降低，电流增大，导致设备发热，损坏设备绝缘。

处理方法：

若失磁是由于灭磁开关误跳闸引起，应立即重合灭磁开关，迅速恢复励磁系统，缓慢增加发电机励磁，切忌快速大幅度调节直至系统恢复正常运行。

重合灭磁开关不成功，则立即拉开上一级开关对发电机进行解列停机；

失磁保护动作但出口开关拒动，按第（2）款事故停机处理；但是失磁后允许运行时间为15min。

监盘人员应严密监视发电机定子铁芯的温度，保证发电机定子铁芯、绕组允许最高温度不超过130℃。

发电机出口开关拒分，灭磁开关跳闸，导叶全关。

此种状态实际上就是将发电机转为三相异步电动机运行状态，此时发电机定子产生旋转磁场，励磁绕组、非线性电阻构成回路，阻尼环回路构成转子回路，在磁场中旋转，转子回路产生强大的感应电流致使励磁开关柜中的非线性电阻烧熔，开关柜起火，转子阻尼绕组严重发热，阻尼环连接片烧熔，转子磁极发热，定子线棒发热，定转子绝缘受损。

处理方法：

立即拉开上一级高压开关解列发电机进行事故停机，对同一单元变压器所连接相邻发电机进行事故停机

在以上“发电机出口开关拒分，灭磁开关跳闸，导叶空载”；“发电机出口开关拒分，灭磁开关跳闸，导叶全关”两种故障运行方式下，如果拉开上一级高压开关（高压开关拒动）失败，则拉开高压母联开关，拉开故障发电机单元变压器对应的线路开关，解列故障发电机。值得注意的是拉开母联开关和线路开关时，会将同一高压母线运行的其他变压器解列，甩负荷解列发电机较多，操作任务繁重，操作时间紧张。

4.结束语

通过上述分析得知，发电机出口开关或变压器高压开关，在不同的运行环境下，开关发生拒动会引发不同的事故状态，而且牵连无故障发电机甩负荷切机，操作量大时间紧。如果发电机容量较大，有可能会引起电力系统的震荡，造成较大的社会影响。

正确操避免故障发展为事故的机率，为此作为电力系统运行单位来讲，提前做好事故预想和分析，对防范重大事故的发生很有效。

消除以上事故隐患的唯一方法就是定期进行预防性试验，按照电气设备运行规程要求，在开关分和次数达到规定要求时及时对开关动静触头以及开关的操作机构进行检查保养，提高运行可靠性。

参考文献：

《水轮机及其调节装置运行与故障处理》，中国电力出版社出版、发行；

《电力可靠性技术与管理》，中国电力出版社出版、发行；

《水轮打点机组值班员》（第二版），中国电力出版社出版、发行；

《水轮发电机组及其辅助设备运行》，中国电力出版社出版、发行作者：孙效伟

《变压器运行维护与故障分析处理》，中国电力出版社出版、发行，作者：许综宗

《继电保护原理》（第二版）中国电力出版社出版、发行，作者：刘学军

《发电厂电气部分》中国电力出版社出版、发行，作者：姚春秋

作者简介：

胡成佑（1970¬-），男，大专，工程师，单位：青海大唐国际直岗拉卡水电开发有限公司，主要从事水轮发电机组运行技术管理和研究等工作。