董錦川，張軍，陳家殷

（國網(wǎng)新源控股有限公司潘家口蓄能電廠，河北唐山064309）

水泵水輪發(fā)電機(jī)出口開關(guān)故障原因分析與處理

董錦川，張軍，陳家殷

（國網(wǎng)新源控股有限公司潘家口蓄能電廠，河北唐山064309）

結(jié)合生產(chǎn)實際分析水泵水輪發(fā)電機(jī)在水泵工況停機(jī)過程中，由于出口開關(guān)發(fā)生A相分閘不成功故障，導(dǎo)致機(jī)組過電壓保護(hù)動作跳閘。通過對該開關(guān)操作機(jī)構(gòu)拆卸、檢修、回裝及相關(guān)技術(shù)試驗合格后，徹底解決了此問題，對同類型開關(guān)故障檢修具有借鑒意義。

水泵水輪發(fā)電機(jī)；出口；開關(guān)；故障

1 電廠概況

潘家口蓄能電廠位于河北省唐山市遷西縣灑河橋鎮(zhèn)桃園村，是20世紀(jì)80年代我國首次全套引進(jìn)國外機(jī)電設(shè)備的抽水蓄能電廠，是在已建成的潘家口水庫壩后式廠房內(nèi)安裝3臺意大利ABB公司單機(jī)90 MW的抽水蓄能機(jī)組。上水庫庫容29.3億m3，下水庫為蓄能機(jī)組的日調(diào)節(jié)水庫，庫容0.5億m3。1991年7月，2號機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電，1993年底全部工程竣工，是全國第1座混合式水力發(fā)電站。

潘家口電廠裝有3臺90 MW抽水蓄能機(jī)組。其中發(fā)電電動機(jī)為ABB公司生產(chǎn)的立軸、懸式、三相、50 Hz、空冷、可逆式同步發(fā)電電動機(jī)，定子繞組額定電壓13.8 kV，額定轉(zhuǎn)速125 r/min和142.8 r/min。冷卻方式為無外加風(fēng)扇軸向混合通風(fēng)冷卻方式，中性點(diǎn)接地方式為經(jīng)二次側(cè)帶接地電阻的接地方式。主變壓器選用ABB公司生產(chǎn)的單臺容量為100 MW的220 kV強(qiáng)迫油循環(huán)水冷有載調(diào)壓變壓器。變壓器型式為戶外油浸、銅線、雙繞組、帶勵磁調(diào)壓分接開關(guān)的電力變壓器，調(diào)壓范圍為220±11×1.4%kV，高壓側(cè)額定電壓220 kV，低壓側(cè)額定電壓13.8 kV，連接方式Y(jié)o/△。接線方式為發(fā)電電動機(jī)—變壓器組單元接線，分別經(jīng)發(fā)電電動機(jī)出口斷路器連接主變壓器，升壓后與系統(tǒng)連接。發(fā)電電動機(jī)出口斷路器為阿海法公司制造。電站共設(shè)有2條220 kV線路接入系統(tǒng)，分別為潘遵I回線、潘遵II回線。

2 事件經(jīng)過

2012年8月1日23：34，調(diào)令潘家口電廠3號機(jī)組停機(jī)，23：34：12.249，3號機(jī)組監(jiān)控正常執(zhí)行停機(jī)流程；23：34：26.970，3號機(jī)組出口開關(guān)03DL正常分閘，23：34：33.045，3號機(jī)組勵磁斷路器正常分閘；此時機(jī)組端電壓正常從出口開關(guān)03DL分閘開始經(jīng)過3.3 s由13.8 kV減至0。23：38：33.000，3號機(jī)組轉(zhuǎn)速下降為“0”；23：38：45.000，3號發(fā)電機(jī)機(jī)組出口換相刀閘03-3分閘后機(jī)組端電壓A相升至14 kV、B相升至1.6 kV、C相升至15 kV；23：38：39.593，機(jī)組保護(hù)盤過電壓保護(hù)動作跳閘，23：37：41.794，發(fā)電機(jī)定子90%、100%接地保護(hù)動作跳閘，23：38：59.000，3號主變低壓側(cè)接地保護(hù)動作報警。

3 處理過程

保護(hù)動作后檢查：生產(chǎn)人員對3號機(jī)組保護(hù)裝置進(jìn)行了檢查，結(jié)果為：3號主變保護(hù)3UPP2盤PT31主變低壓側(cè)接地保護(hù)動作黃燈、紅燈均亮，主變低壓側(cè)復(fù)壓過流保護(hù)報警t2黃燈亮，主變低壓側(cè)復(fù)壓過流保護(hù)報警t1黃燈亮；3號機(jī)組保護(hù)PG31機(jī)組定子100%接地保護(hù)動作黃燈、紅燈均亮，PG33機(jī)組定子90%接地保護(hù)動作黃燈、紅燈均亮，機(jī)組定子100%接地保護(hù)動作黃燈、紅燈均亮，PG34機(jī)組過電壓保護(hù)動作黃燈、紅燈均亮。

根據(jù)故障錄波系統(tǒng)波形及保護(hù)動作情況，測得機(jī)組出口母線電壓互感器3YH、4YH、5YH二次側(cè)皆有電壓為51 V，拉開3號主變低壓側(cè)隔離刀閘03-2后，機(jī)組電壓波形正常；對3號機(jī)組單元一次設(shè)備進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)3號主變低壓側(cè)7YH電壓互感器B、C一次熔斷器熔斷，3號機(jī)組出口開關(guān)A相主觸頭沒有分開（萬用表測得3號發(fā)電機(jī)出口開關(guān)03DLA相電阻為“0”）；測量3號機(jī)組定、轉(zhuǎn)子繞組絕緣檢查正常，3號主變色譜分析數(shù)據(jù)正常。

3號發(fā)電機(jī)出口開關(guān)為法國阿海法生產(chǎn)，由蘇州阿海法高壓電氣開關(guān)有限公司銷售；開關(guān)型號為FKG2S，額定電流6 300 A，額定電壓17.5 kV，操作機(jī)構(gòu)為三相聯(lián)動，絕緣及滅弧介質(zhì)為SF6，于2007年投入運(yùn)行，動作次數(shù)為2 030次，該開關(guān)A相分閘不成功故障發(fā)生后，潘家口電廠積極與調(diào)度進(jìn)行溝通，經(jīng)調(diào)度同意機(jī)組轉(zhuǎn)為定檢消缺，潘家口電廠當(dāng)夜與蘇州阿海法高壓電氣開關(guān)有限公司進(jìn)行了聯(lián)系，要求廠家維護(hù)人員在8月2日趕赴現(xiàn)場進(jìn)行處理，2日，潘家口電廠立即組成了搶修組織機(jī)構(gòu)，布置做好開關(guān)檢修的相關(guān)工作，查找備品備件，通過討論制訂了該開關(guān)檢修的技術(shù)方案、安全措施，并向兄弟單位尋求幫助，與十三陵電廠確定SF6氣體收集裝置，將收集裝置運(yùn)達(dá)潘家口電廠現(xiàn)場，為下一步檢修做好了準(zhǔn)備工作；同時聯(lián)系兄弟單位富春江電廠、江蘇沙河抽水蓄能電廠、江西拓水電廠是否有備品備件（該廠與潘家口電廠的出口開關(guān)為同一型號)，8月2日20：30，蘇州阿海法高壓電氣開關(guān)有限公司廠家維護(hù)技術(shù)人員已達(dá)潘家口電廠，8月3日14:00，在廠家的指導(dǎo)下，潘家口電廠完成了SF6氣體的收集工作，并按照技術(shù)方案將該開關(guān)A相操作機(jī)構(gòu)打開，最后確認(rèn)該開關(guān)操作機(jī)構(gòu)與動觸頭連接的操作連桿脫落，致使A相操作機(jī)構(gòu)失靈，開關(guān)分閘不成功。見圖1。

圖1 已脫落的連桿

8月3日夜，蘇州廠家技術(shù)人員已與公司本部及法國阿海法公司進(jìn)行了聯(lián)系，并將潘家口電廠出口開關(guān)操作機(jī)構(gòu)操作桿連接部位脫落致使開關(guān)分閘不成功情況發(fā)送至該公司及法國阿海法本部，要求確認(rèn)發(fā)生故障的原因及處理方案。潘家口電廠積極尋求解決方案及備品備件工作，并向天津賽瑞公司尋求解決操作桿脫落的技術(shù)咨詢，8月4日，法國阿海法本部發(fā)來確認(rèn)傳真，國內(nèi)現(xiàn)有備件，蘇州阿海法高壓電氣開關(guān)有限公司于當(dāng)日上午將備件落實完畢，潘家口電廠進(jìn)行了檢修專用工具的制作，蘇州廠家服務(wù)人員將備件于20:53送至天津，并于5日01:00運(yùn)至潘家口電廠生產(chǎn)現(xiàn)場。

8月5日01:00開始，潘家口電廠在廠家技術(shù)人員的指導(dǎo)下，進(jìn)行了3號機(jī)組出口開關(guān)A相操作機(jī)構(gòu)檢修工作。嚴(yán)格按照技術(shù)方案要求進(jìn)行了操作機(jī)構(gòu)的拆卸、回裝，備用SF6氣體微水試驗合格，于05:00完成了操作機(jī)構(gòu)回裝，并進(jìn)行了抽真空及SF6充氣完畢后的開關(guān)合分閘試驗、直阻試驗、交流耐壓試驗、微水試驗。各項試驗數(shù)據(jù)合格。并于8月5日11:30，03開關(guān)檢修完畢。

4 原因分析

根據(jù)保護(hù)動作后現(xiàn)場故障情況，對故障報告及故障時波形進(jìn)行分析，3號機(jī)組停機(jī)后，由于發(fā)電機(jī)出口開關(guān)B、C相在分位，03DL A相在“合”閘位，（二次接點(diǎn)返回位置三相皆在“分”位）系統(tǒng)電源經(jīng)3號主變低壓側(cè)隔離刀閘03-2、出口母線反送至發(fā)電機(jī)出口開關(guān)03DL，在3號機(jī)組出口空母線及出口電壓互感器間產(chǎn)生電壓諧振，電壓互感器7YH B、C相電壓振蕩后產(chǎn)生過電壓，經(jīng)過2 297 ms，電壓互感器7YH B、C相一次保險熔斷，潘家口電廠機(jī)組中性點(diǎn)系統(tǒng)采用經(jīng)過1.6 kΩ電阻接地系統(tǒng)，因此形成小電流一點(diǎn)接地系統(tǒng)，此時測的接地電壓為零。故障時PT二次電壓達(dá)到180 V（過電壓保護(hù)整定值130 V），過電壓保護(hù)動作；三相電壓不平衡零序電壓二次值達(dá)到105 V，超過定子90%接地保護(hù)整定值，定子90%接地保護(hù)正確動作。同時故障電壓（即機(jī)端電壓）波形畸變嚴(yán)重含有諧波分量，而中性點(diǎn)電壓為0，定子100%接地保護(hù)正確動作；機(jī)組停機(jī)過程中，監(jiān)控流程判斷3號機(jī)組出口開關(guān)已在“分”位，繼續(xù)執(zhí)行停機(jī)流程，23:38:37左右，3號機(jī)組出口換相刀閘03-3分閘后（03-3刀閘采用電動動作較慢），因A相在“合閘”位置，而母線失去接地點(diǎn)，母線懸空，3號機(jī)組出口母線繼續(xù)產(chǎn)生電壓諧振，二次電壓測值達(dá)到150 V，機(jī)組過電壓保護(hù)動作（定值Ⅰ段電壓=130 V、Ⅰ段延時=0.3 s；Ⅱ段電壓=140 V、Ⅱ段延時=0.1 s）；因7號電壓互感器B、C一次保險故障，保護(hù)測的相電壓不滿足100 V，且因機(jī)端電壓波形畸變，負(fù)序低壓保護(hù)動作，但母線上未檢測到電流因此主變低壓側(cè)復(fù)壓過流保護(hù)只是報警未動作出口。故障原因結(jié)論：2012年8月1日23:38，由于3號機(jī)組抽水停機(jī)過程中，發(fā)電機(jī)出口開關(guān)A相主觸頭未正常在“分”位，引起系統(tǒng)過電壓故障，3號機(jī)組過電壓保護(hù)、定子90%接地保護(hù)、定子100%接地保護(hù)、主變低壓側(cè)接地保護(hù)動作。初步分析故障發(fā)生的原因為03開關(guān)操作機(jī)構(gòu)連接銷及拉桿故障，致使開關(guān)A相分閘失敗。

3號機(jī)組停機(jī)操作過程中，23:34:26機(jī)組出口開關(guān)分閘，主變低壓側(cè)B、C相發(fā)生電壓震蕩經(jīng)過2.3 s電壓消失?，F(xiàn)場檢查主變低壓側(cè)7YH B、C相電壓互感器一次熔斷器熔斷。

5 暴露問題

（1）該開關(guān)操作機(jī)構(gòu)動觸頭連接拉桿與連接銷制造工藝存在缺陷，產(chǎn)生氣泡。

（2）該開關(guān)未能滿足合同的技術(shù)協(xié)議要求。

（3）備品備件的管理需要加強(qiáng)。

6 防止對策

（1）加強(qiáng)了對發(fā)電機(jī)出口開關(guān)的巡視與維護(hù)，嚴(yán)密監(jiān)視開關(guān)的動作次數(shù)。

（2）繼續(xù)與法國阿海法公司、蘇州高壓電氣設(shè)備有限公司進(jìn)行聯(lián)系，該產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝存在缺陷，同時加強(qiáng)開關(guān)成套極柱及操作機(jī)構(gòu)等備品備件的采購。

（3）安排在機(jī)組檢修期間機(jī)組出口開關(guān)進(jìn)行同期合閘試驗，與以往數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，分析確認(rèn)開關(guān)操作機(jī)構(gòu)連桿是否松動。

7 結(jié)束語

本文針對潘家口蓄能電廠水泵水輪發(fā)電機(jī)組在水泵工況停機(jī)過程中，由于出口開關(guān)A相分閘不成功發(fā)生的故障，導(dǎo)致機(jī)組過電壓保護(hù)動作跳閘、發(fā)電機(jī)定子90%、100%接地保護(hù)動作跳閘原因分析及相應(yīng)的檢查處理過程進(jìn)行了介紹，可以看出，原因是開關(guān)操作機(jī)構(gòu)與動觸頭連接的操作連桿脫落，致使A相操作機(jī)構(gòu)失靈，導(dǎo)致開關(guān)分閘不成功。針對此問題該電廠與蘇州阿海法高壓電氣開關(guān)有限公司共同研究采取相應(yīng)對策，立即對此開關(guān)進(jìn)行修復(fù)，同時，制定幾項應(yīng)對措施加強(qiáng)日常設(shè)備管理，嚴(yán)格規(guī)范了對發(fā)電機(jī)出口開關(guān)的巡視、維護(hù)、試驗等工作，嚴(yán)密監(jiān)視開關(guān)的動作次數(shù)，提前發(fā)現(xiàn)故障的征兆，及時排除隱患，保證機(jī)組的可靠運(yùn)行。

TV738

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1672-5387（2017）12-0030-04

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.12.012

2017-11-01

董錦川（1965-），男，工程師，從事抽水蓄能電站安全生產(chǎn)運(yùn)行、維護(hù)、檢修管理工作。