一起发电机出口开关非同期并列引出的思考

一起发电机出口开关非同期并列引出的思考

潘静张金伟

（大理西电实业有限责任公司云南大理671000）

摘要：非同期并列是发电厂电气的恶性事故之一，并列合闸瞬间，将会产生很大的冲击电流和电磁力矩，在冲击电流下产生的电动力和发热是发电机和所连设备〔如断路器、变压器）不能承受的，它会造成发动机定子绕组变形、弯曲、绝缘崩裂、定子绕组并头套溶化，甚至将定子绕组烧毁等严重后果，本文分析了由于发电机出口开关本身、合闸操作机构部件损坏变形造成一次合闸不成功，进而引发的非同期并网故障的案例，并提出预防措施。

关键词：出口开关；合闸操作机构；非同期并列；预控措施

引言

发电厂的发电机并网操作是一项非常重要的操作，也是一项经常进行的操作。在并网操作必须小心谨慎，如果考虑不周、检查不到位、操作不当，都会发生非同期并列，其后果是非常严重的。发电机非同期并网产生的强大冲击电流不仅危及电网的安全稳定，而且对并网发电机组、主变压器以及发电机组的整个轴系也将产生巨大的破坏作用。冲击电流对发电机定子端部绕组将产生强大的应力，电磁转矩则对轴系统产生强大的扭应力，轴系扭振形成疲劳损耗，缩短有效使用寿命，重则大轴即时断裂。

在某水电厂2#发电机出口断路器本体由于操作机构部件损伤变形，造成一次合闸不到位，断路器不能预期合闸，随后开关二次合闸，而开关二次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。

1、非同期并网事故情况

2017年03月14日，该水电厂2#机组在机组监控系统改造完成后，检查油、水、气系统的监控量，遥测、遥信、遥控、遥调合格，电气一次设备、二次系统及回路检查，蝶阀自动操作回路、发电机励磁操作回路、发电机断路器操作回路、交直流及中央信号回路、全厂公用设备操作回路、同期操作回路、各高压断路器、隔离开关的自动操作与安全闭锁回路、厂用电设备操作回路。电气二次的电流回路和电压回路完成通电检查之后，继电保护回路进行模拟试验。

发电机组充水试验、空载试验、温升试验、手动、自动开停机试验、机组空载运行下调速系统的试验、水轮发电机组并列及负荷试验，选择同期点及同期断路器，检查同期回路的正确性。

断开同期点隔离开关，分别以手动与自动准同期方式进行机组的模拟并列试验；检查同期装置工作情况，分别进行同期点的模拟并列与正式并列试验，机组的手动与自动准同期正式并列试验。

检查了保护动作情况、同期装置定置、同期回路情况，未发现异常。对2#发电机出口断路器进行外观检查，没有发现问题，对开关进行就地手动、远控合跳试验，开关合闸时有一次合闸失败，随后继续储能并再合闸、才合闸成功的现象，经询问运行人员，之前运行时确有此类现象，随后的合跳试验又正常一次合闸成功，于是将断路器投入运行，并准备真同期试验。

在进行并网试验时，合闸瞬间，发电机组发出巨大声响，出口断路器合位，随后停机进行检查。发电机组保护、故障录波、站用变保护屏未发现保护动作及告警记录。

2、事故检查及原因分析

2.1发电机检查

对发电机定转子绝缘进行检查，转子381MΩ，定子3010MΩ，绝缘合格。随后进入风洞进行检查、水机室检查，未发现异常。

2.2保护及后台报文检查

对2#发电机组LCU屏、发电机组保护屏、35kV站用保护屏及厂用变保护屏进行检查、未发现保护动作及告警记录。后台报文依照同期流程进行，未见异常告警、报告。

2.3二次设备及回路检查

详细对同期装置、整步表、同期继电器、二次回路等进行检查，均正常，现场接线与设计图一致；同期角度相角差5.1°。

2.4断路器检查

2.4.1电气部分检查

（1）首先对合闸二次主回路点位及线圈电阻进行测量，未见异常；

（2）依次对二次接线进行检查紧固、包括继电器、空开、端子排短接线、短接片；

（3）对电机储能回路、电机控制回路、电机保护回路进行检查；

（4）对断路器的闭锁回路进行核对、如弹簧未储能闭锁回路、并协同保护对断路器的报警、闭锁进行试验；

回路正确后，对断路器进行机械特性、二次回路、线圈绝缘、导电回路电阻、断路器机构低电压分合试验；

2.5断路器试验

对开关进行动特性试验时，发现开关常规试验和特性试验数据都合格；合闸前测量状态、合闸同期数据、合闸同期波形、分闸前测量状态、分闸同期数据、分闸同期波形图未见明显异常。

3、分析及处理

另外发现开关在柜外合跳试验时有时合不上的现象、有时需要2~3次才能合闸成功；一次合闸不成功，并继续储能。

原因分析：拆开面板检查，如图1所示，合闸不能够保持。

（1）由于储能合闸挚子无法保持，导致合闸不成功；

（2）由于储能未完成、使合闸挚子没有复位，导致合闸不成功；

（3）由于合闸触发器卡涩，合闸触发器复位弹簧疲劳，合闸挚子不复位，导致合闸不成功；

（4）由于辅助小拉杆调整不当或辅助开关接点，辅助开关不能正常切换，导致合闸不成功。

在拆除后发现，有弯曲变形状况，如图2所示，进行校正处理，回装，进行两次合跳试验后，一次合不上闸、二次合闸、三次合闸情况仍存在。后把备用断路器上的替换过后，再次合跳试验，动作正常。

真空断路器保持合闸状态这是一种电气原理，也是一种机械原理，操作机构的合闸挚子压住缓冲器，缓冲器是合分动静触头的直接机构，合闸的时候，缓冲器被压住，按下分闸，缓冲器被释放，带动转轴运动，将动触头往下拉，达到分闸的目的。

综上所述，开关合闸时未能一次合闸成功，继而二次合闸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。

更换合闸保持摯子后，再次进行发电机组并列试验，动作正确，成功并列，同期检测相角差0.4°，进入试运阶段。

4、结语

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），才可以将发电机并入系统。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。本案例中因开关合闸保持挚子变形弯曲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）一次设备按照《电力设备预防性试验规程DL/T596-2005》定期进行预防性试验，并在检修时注意检查维护；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《电力设备预防性试验规程DL/T596-2005》或《电力设备预防性试验规程Q/CSG114002-2011》进行，防止开关绝缘方面的故障。

参考文献：

[1]《RCS-9000系列同期/压并/压切/辅助装置技术和使用说明书》南瑞继保电气有限公司，2016.

[2]《电力设备预防性试验规程DL/T596-2005》.

[3]《水轮发电机组启动试验规程DL/T507-2002》.

[4]安绍军，发电机非同期并列事故原因分析.东北电力技术，2009.

[5]徐婧，陈东超.非同期并列时机组轴系扭振的时频分析.中国电力，201401.

[6]潘赟，一起发电机非同期并列事故的分析和改进.科技传播，201220.

[7]尹立亚，发电机非同期并列事故及防范.煤炭科技，200401.

作者简介：

潘静（1989年2月），男，云南大理，大学本科，助理工程师，主要从事变电检修.

张金伟（1974年7月），男，云南大理，大专，高级工，主要从事高压试验.