水泵水轮发电机出口开关故障原因分析与处理

董锦川，张军，陈家殷

（国网新源控股有限公司潘家口蓄能电厂，河北唐山064309）

水泵水轮发电机出口开关故障原因分析与处理

董锦川，张军，陈家殷

（国网新源控股有限公司潘家口蓄能电厂，河北唐山064309）

结合生产实际分析水泵水轮发电机在水泵工况停机过程中，由于出口开关发生A相分闸不成功故障，导致机组过电压保护动作跳闸。通过对该开关操作机构拆卸、检修、回装及相关技术试验合格后，彻底解决了此问题，对同类型开关故障检修具有借鉴意义。

水泵水轮发电机；出口；开关；故障

1 电厂概况

潘家口蓄能电厂位于河北省唐山市迁西县洒河桥镇桃园村，是20世纪80年代我国首次全套引进国外机电设备的抽水蓄能电厂，是在已建成的潘家口水库坝后式厂房内安装3台意大利ABB公司单机90 MW的抽水蓄能机组。上水库库容29.3亿m3，下水库为蓄能机组的日调节水库，库容0.5亿m3。1991年7月，2号机组投产发电，1993年底全部工程竣工，是全国第1座混合式水力发电站。

潘家口电厂装有3台90 MW抽水蓄能机组。其中发电电动机为ABB公司生产的立轴、悬式、三相、50 Hz、空冷、可逆式同步发电电动机，定子绕组额定电压13.8 kV，额定转速125 r/min和142.8 r/min。冷却方式为无外加风扇轴向混合通风冷却方式，中性点接地方式为经二次侧带接地电阻的接地方式。主变压器选用ABB公司生产的单台容量为100 MW的220 kV强迫油循环水冷有载调压变压器。变压器型式为户外油浸、铜线、双绕组、带励磁调压分接开关的电力变压器，调压范围为220±11×1.4%kV，高压侧额定电压220 kV，低压侧额定电压13.8 kV，连接方式Yo/△。接线方式为发电电动机—变压器组单元接线，分别经发电电动机出口断路器连接主变压器，升压后与系统连接。发电电动机出口断路器为阿海法公司制造。电站共设有2条220 kV线路接入系统，分别为潘遵I回线、潘遵II回线。

2 事件经过

2012年8月1日23：34，调令潘家口电厂3号机组停机，23：34：12.249，3号机组监控正常执行停机流程；23：34：26.970，3号机组出口开关03DL正常分闸，23：34：33.045，3号机组励磁断路器正常分闸；此时机组端电压正常从出口开关03DL分闸开始经过3.3 s由13.8 kV减至0。23：38：33.000，3号机组转速下降为“0”；23：38：45.000，3号发电机机组出口换相刀闸03-3分闸后机组端电压A相升至14 kV、B相升至1.6 kV、C相升至15 kV；23：38：39.593，机组保护盘过电压保护动作跳闸，23：37：41.794，发电机定子90%、100%接地保护动作跳闸，23：38：59.000，3号主变低压侧接地保护动作报警。

3 处理过程

保护动作后检查：生产人员对3号机组保护装置进行了检查，结果为：3号主变保护3UPP2盘PT31主变低压侧接地保护动作黄灯、红灯均亮，主变低压侧复压过流保护报警t2黄灯亮，主变低压侧复压过流保护报警t1黄灯亮；3号机组保护PG31机组定子100%接地保护动作黄灯、红灯均亮，PG33机组定子90%接地保护动作黄灯、红灯均亮，机组定子100%接地保护动作黄灯、红灯均亮，PG34机组过电压保护动作黄灯、红灯均亮。

根据故障录波系统波形及保护动作情况，测得机组出口母线电压互感器3YH、4YH、5YH二次侧皆有电压为51 V，拉开3号主变低压侧隔离刀闸03-2后，机组电压波形正常；对3号机组单元一次设备进行检查，发现3号主变低压侧7YH电压互感器B、C一次熔断器熔断，3号机组出口开关A相主触头没有分开（万用表测得3号发电机出口开关03DLA相电阻为“0”）；测量3号机组定、转子绕组绝缘检查正常，3号主变色谱分析数据正常。

3号发电机出口开关为法国阿海法生产，由苏州阿海法高压电气开关有限公司销售；开关型号为FKG2S，额定电流6 300 A，额定电压17.5 kV，操作机构为三相联动，绝缘及灭弧介质为SF6，于2007年投入运行，动作次数为2 030次，该开关A相分闸不成功故障发生后，潘家口电厂积极与调度进行沟通，经调度同意机组转为定检消缺，潘家口电厂当夜与苏州阿海法高压电气开关有限公司进行了联系，要求厂家维护人员在8月2日赶赴现场进行处理，2日，潘家口电厂立即组成了抢修组织机构，布置做好开关检修的相关工作，查找备品备件，通过讨论制订了该开关检修的技术方案、安全措施，并向兄弟单位寻求帮助，与十三陵电厂确定SF6气体收集装置，将收集装置运达潘家口电厂现场，为下一步检修做好了准备工作；同时联系兄弟单位富春江电厂、江苏沙河抽水蓄能电厂、江西拓水电厂是否有备品备件（该厂与潘家口电厂的出口开关为同一型号)，8月2日20：30，苏州阿海法高压电气开关有限公司厂家维护技术人员已达潘家口电厂，8月3日14:00，在厂家的指导下，潘家口电厂完成了SF6气体的收集工作，并按照技术方案将该开关A相操作机构打开，最后确认该开关操作机构与动触头连接的操作连杆脱落，致使A相操作机构失灵，开关分闸不成功。见图1。

图1 已脱落的连杆

8月3日夜，苏州厂家技术人员已与公司本部及法国阿海法公司进行了联系，并将潘家口电厂出口开关操作机构操作杆连接部位脱落致使开关分闸不成功情况发送至该公司及法国阿海法本部，要求确认发生故障的原因及处理方案。潘家口电厂积极寻求解决方案及备品备件工作，并向天津赛瑞公司寻求解决操作杆脱落的技术咨询，8月4日，法国阿海法本部发来确认传真，国内现有备件，苏州阿海法高压电气开关有限公司于当日上午将备件落实完毕，潘家口电厂进行了检修专用工具的制作，苏州厂家服务人员将备件于20:53送至天津，并于5日01:00运至潘家口电厂生产现场。

8月5日01:00开始，潘家口电厂在厂家技术人员的指导下，进行了3号机组出口开关A相操作机构检修工作。严格按照技术方案要求进行了操作机构的拆卸、回装，备用SF6气体微水试验合格，于05:00完成了操作机构回装，并进行了抽真空及SF6充气完毕后的开关合分闸试验、直阻试验、交流耐压试验、微水试验。各项试验数据合格。并于8月5日11:30，03开关检修完毕。

4 原因分析

根据保护动作后现场故障情况，对故障报告及故障时波形进行分析，3号机组停机后，由于发电机出口开关B、C相在分位，03DL A相在“合”闸位，（二次接点返回位置三相皆在“分”位）系统电源经3号主变低压侧隔离刀闸03-2、出口母线反送至发电机出口开关03DL，在3号机组出口空母线及出口电压互感器间产生电压谐振，电压互感器7YH B、C相电压振荡后产生过电压，经过2 297 ms，电压互感器7YH B、C相一次保险熔断，潘家口电厂机组中性点系统采用经过1.6 kΩ电阻接地系统，因此形成小电流一点接地系统，此时测的接地电压为零。故障时PT二次电压达到180 V（过电压保护整定值130 V），过电压保护动作；三相电压不平衡零序电压二次值达到105 V，超过定子90%接地保护整定值，定子90%接地保护正确动作。同时故障电压（即机端电压）波形畸变严重含有谐波分量，而中性点电压为0，定子100%接地保护正确动作；机组停机过程中，监控流程判断3号机组出口开关已在“分”位，继续执行停机流程，23:38:37左右，3号机组出口换相刀闸03-3分闸后（03-3刀闸采用电动动作较慢），因A相在“合闸”位置，而母线失去接地点，母线悬空，3号机组出口母线继续产生电压谐振，二次电压测值达到150 V，机组过电压保护动作（定值Ⅰ段电压=130 V、Ⅰ段延时=0.3 s；Ⅱ段电压=140 V、Ⅱ段延时=0.1 s）；因7号电压互感器B、C一次保险故障，保护测的相电压不满足100 V，且因机端电压波形畸变，负序低压保护动作，但母线上未检测到电流因此主变低压侧复压过流保护只是报警未动作出口。故障原因结论：2012年8月1日23:38，由于3号机组抽水停机过程中，发电机出口开关A相主触头未正常在“分”位，引起系统过电压故障，3号机组过电压保护、定子90%接地保护、定子100%接地保护、主变低压侧接地保护动作。初步分析故障发生的原因为03开关操作机构连接销及拉杆故障，致使开关A相分闸失败。

3号机组停机操作过程中，23:34:26机组出口开关分闸，主变低压侧B、C相发生电压震荡经过2.3 s电压消失。现场检查主变低压侧7YH B、C相电压互感器一次熔断器熔断。

5 暴露问题

（1）该开关操作机构动触头连接拉杆与连接销制造工艺存在缺陷，产生气泡。

（2）该开关未能满足合同的技术协议要求。

（3）备品备件的管理需要加强。

6 防止对策

（1）加强了对发电机出口开关的巡视与维护，严密监视开关的动作次数。

（2）继续与法国阿海法公司、苏州高压电气设备有限公司进行联系，该产品的生产工艺存在缺陷，同时加强开关成套极柱及操作机构等备品备件的采购。

（3）安排在机组检修期间机组出口开关进行同期合闸试验，与以往数据进行比较，分析确认开关操作机构连杆是否松动。

7 结束语

本文针对潘家口蓄能电厂水泵水轮发电机组在水泵工况停机过程中，由于出口开关A相分闸不成功发生的故障，导致机组过电压保护动作跳闸、发电机定子90%、100%接地保护动作跳闸原因分析及相应的检查处理过程进行了介绍，可以看出，原因是开关操作机构与动触头连接的操作连杆脱落，致使A相操作机构失灵，导致开关分闸不成功。针对此问题该电厂与苏州阿海法高压电气开关有限公司共同研究采取相应对策，立即对此开关进行修复，同时，制定几项应对措施加强日常设备管理，严格规范了对发电机出口开关的巡视、维护、试验等工作，严密监视开关的动作次数，提前发现故障的征兆，及时排除隐患，保证机组的可靠运行。

TV738

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1672-5387（2017）12-0030-04

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.12.012

2017-11-01

董锦川（1965-），男，工程师，从事抽水蓄能电站安全生产运行、维护、检修管理工作。