喬洪偉，李勛東，吳勇慶，毛小付

（1.深能水電投資管理有限公司，四川 成都 610041；2.浙江省景寧英川水電開發(fā)有限責(zé)任公司，浙江 景寧 323500； 3.龍泉瑞垟二級水電站有限公司，浙江 龍泉 323700）

0 引言

五里亭電站地處浙江省麗水市甌江干流上，建成發(fā)電于2006年。電站布置有3臺單機容量14 MW的燈泡貫流式水輪發(fā)電機組，升壓站設(shè)置兩臺主變，一條110 kV線路。電站設(shè)計年均發(fā)電量1.21億kW·h，設(shè)備利用小時數(shù)為2 889 h。

該電站電氣主接線如圖1所示。

圖1 電站電氣主接線圖

1 事故概況

2018年4月25日值班員在對機組正常巡視過程中，發(fā)現(xiàn)3號機組出口斷路器柜內(nèi)發(fā)出異常聲響，但運行數(shù)據(jù)皆為正常。為排查原因，當(dāng)值值長向調(diào)度申請將3號機組停機解列，當(dāng)值值班員根據(jù)停機操作流程將3號機組負荷減至空載，斷路器分閘，再停機。在機組轉(zhuǎn)速下降，正擬進行后續(xù)操作時，突然發(fā)生發(fā)電機出口斷路器強行合閘事故，機組可明顯聽到?jīng)_擊聲，警鈴響起，事故跳閘，計算機監(jiān)控報：“電氣事故”、“發(fā)電機過電壓事故”、“失勵事故”等。事故跳閘后，間隔約30 s，再次發(fā)生斷路器強行合閘，值班員現(xiàn)地手動脫扣分斷路器，未成功。后立即拉開2號主變110 kV斷路器，再手動現(xiàn)地分3號機組斷路器，機組停機。

2 事故處理

事故發(fā)生后，該電站立即組織檢修技術(shù)骨干對機組進行全面檢查，發(fā)現(xiàn)事故造成勵磁系統(tǒng)滅磁電阻燒毀、定子A相線圈絕緣擊穿、機組6.3 kV斷路器合閘支架組損壞。

發(fā)電機絕緣檢查情況：發(fā)現(xiàn)定子絕緣為0 MΩ （2 500 V搖表），轉(zhuǎn)子絕緣0.2 MΩ(500 V搖表)。為準(zhǔn)確測量定子三相絕緣電阻，拆除定子出線電纜、中性點互感器短接銅排及中性點電流互感器，測得發(fā)電機定子絕緣： B和C相為“∞”，A相為“0”。用數(shù)字萬用表測量A相絕緣電阻僅有280 Ω ，定、轉(zhuǎn)子部分檢查，未發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常，也無異味產(chǎn)生。

經(jīng)現(xiàn)場初步判斷，定子A相絕緣破損。通過采用低壓調(diào)壓[1]的檢查方式發(fā)現(xiàn)定子上游面靠底側(cè)部位定子線棒絕緣擊穿。通過搶修，該電站3號機組于5月2日19：11恢復(fù)了發(fā)電，將損失降到最低。

本次事故發(fā)生時由于值班人員沉著冷靜、應(yīng)對處置得當(dāng)，及時手動拉開了2號主變110 kV側(cè)開關(guān)，避免了再出現(xiàn)一次或者多次強行合閘可能對發(fā)電機線圈、主軸造成嚴重破壞所引起的更大的后果。

3 事故分析

電站組成了事故調(diào)查小組，通過與設(shè)計、廠家、電氣設(shè)備專家多次討論分析，最終確定了引起事故的直接原因是斷路器合閘機構(gòu)半軸、鎖扣磨損所致。該裝置安裝在機構(gòu)中間，平時不易檢查和發(fā)現(xiàn)問題,但就是機構(gòu)上一個小小部件的損壞卻導(dǎo)致了如此嚴重的事故。本文從以下幾個方面的分析，找出問題所在并提出解決措施，與同行共同商榷。

（1）當(dāng)初，油斷路器對應(yīng)的模擬控制電路，由于監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)尚未得到應(yīng)用，所以設(shè)計思路基本上是手動控制。每次斷路器合閘前操作機構(gòu)需進行儲能；合閘后通過能量的轉(zhuǎn)換，將合閘前儲存的能量瞬間轉(zhuǎn)換成分閘能量，以備正常分閘或事故分閘時可靠跳開斷路器；由于模擬控制電路接線原理，一般分閘后斷路器不再儲能，如需再次合閘應(yīng)手動予以儲能。

（2）隨著真空斷路器、六氟化硫斷路器代替了油斷路器和計算機監(jiān)控系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，使得真空斷路器、六氟化硫斷路器在滿足電網(wǎng)快速反應(yīng)及線路重合閘方面發(fā)揮了重要作用，線路重合閘是電力輸電線路運行中常采用的自恢復(fù)運行方法之一。

輸電線路正常供電時斷路器處于“合”狀態(tài)，此時斷路器合閘彈簧也已儲能，輸電線路出現(xiàn)瞬時故障，繼電保護動作斷路器分閘，隨后自動重合閘裝置利用已經(jīng)儲能的合閘彈簧進行合閘，恢復(fù)線路運行。如輸電線路為永久性故障，重新合閘后繼電保護動作再次分閘，通過合閘回路設(shè)計中加入事故繼電器常開接點和延時繼電器接點，則不再啟動重合閘。

因為大部分情況線路故障都是短暫的，只有少數(shù)線路情況屬永久性故障，通過一次重合閘后，配合微機保護裝置的功能自恢復(fù)供電的成功率較高，可大大提高供電的可靠性。根據(jù)線路特點和保護回路的配合，發(fā)展出“前加速”、“后加速”兩種重合閘裝置，各有優(yōu)缺點，在此不再展開贅述。

（3）目前使用的斷路器控制回路一般都設(shè)計有遠方控制和現(xiàn)地控制轉(zhuǎn)換開關(guān)，以滿足計算機監(jiān)控系統(tǒng)自動化需求，斷路器廠家的典型操控接線也得到了較多的應(yīng)用。當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)在遠方控制位置時，分閘結(jié)束的時候，儲能電機就開始自動完成儲能，為下次合閘動作做好準(zhǔn)備，中間過程無須人為干預(yù)操作；而當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)在現(xiàn)地控制位置時，分閘結(jié)束時斷路器不會自動儲能[2]。

因此，在計算機監(jiān)控系統(tǒng)接線中，當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)在遠方控制位置時，斷路器儲能以后其合閘閉鎖的脫扣機構(gòu)就顯得尤為重要，一旦損壞或磨損，就會導(dǎo)致分閘后又儲能的斷路器自動合閘。而此時的自動合閘將會產(chǎn)生非同期沖擊，對發(fā)電機組和電氣設(shè)備造成極具破壞的作用。

（4）本次事故中，值班員在上位機根據(jù)正常停機流程的操作均不存在問題。根據(jù)上面的分析，由于操作斷路器的轉(zhuǎn)換開關(guān)處在遠方位置，分閘后儲能電機自動儲能，因合閘機構(gòu)半軸、鎖扣磨損，使得斷路器自動合閘造成非同期沖擊引起保護裝置動作，跳開后還是因為脫扣機構(gòu)的原因再次發(fā)生斷路器強行合閘。

而值班員在現(xiàn)地手動分斷路器不成功的原因可能是兩次非同期合閘造成情緒緊張，未將操作斷路器的轉(zhuǎn)換開關(guān)打回到現(xiàn)地控制位置所致。如手動操作程序正常，將不至于現(xiàn)地手動分閘失敗。

而尤為嚴重是，繼電保護動作是正常的，在非同期合閘造成沖擊時，本級繼電保護每一次都能正常動作，卻不能夠切除斷路器機構(gòu)故障和合閘儲能回路，每當(dāng)合閘彈簧儲能結(jié)束，因為機構(gòu)合閘鎖扣損壞，就會自動合閘。并且，因為本級繼電保護正常，后備保護沒有達到動作時限，沒法通過后備保護動作上級斷路器切除事故點，將會重復(fù)“事故分閘、非同期合閘”的循環(huán)，多次沖擊相關(guān)設(shè)備，造成嚴重后果。而在自動保護裝置不能夠發(fā)揮正常作用時，依靠值班員判斷反應(yīng)，切除故障，存在一定的客觀困難。在多次循環(huán)沖擊情況下，必然出現(xiàn)發(fā)電機出口斷路器爆炸或發(fā)電機定子線圈燒毀等嚴重事故。

（5）斷路器造成事故的可能因素還有：

1）脫扣器的材料性能或可靠性指標(biāo)沒有達到相關(guān)制造標(biāo)準(zhǔn)和要求，以至于機構(gòu)磨損；

2）設(shè)計與斷路器制造廠家之間未就斷路器的應(yīng)用場合進行及時有效的溝通，以至于遠方操控接線設(shè)計時未考慮機械磨損可能造成的危害；

3）斷路器操作機構(gòu)的某些部件易磨損，但機構(gòu)部分在例行維護中沒有引起足夠的重視，造成機構(gòu)動作不可靠或出現(xiàn)問題。

4 斷路器的分合閘控制

4.1 斷路器的合閘儲能原理

根據(jù)斷路器的分合閘原理，當(dāng)原理圖[3]中3SA開關(guān)閉合時［S2位置開關(guān)（當(dāng)合閘彈簧儲能后切換）、S3位置開關(guān)（合閘按鈕按下時為開）］，K2得電動作，K2的常開輔助接點K2（2 3）、K2（6 7）動作閉合，儲能電機開始運行，合閘彈簧拉長，蓄備合閘能量，等儲能完成后，儲能輔助接點S2（1 2）動作斷開，同時儲能輔助接點S6（+COM N0)動作閉合，1KM（合閘彈簧儲能切換繼電器）得電動作，1KM的常開輔助接點（9 7；10 8）動作閉合，HY（儲能指示燈）點亮。鎖扣完好的情況下，當(dāng)真空斷路器接收到合閘指令后，Y1（合閘線圈）得電動作，脫開鎖扣，合閘彈簧能量釋放，完成斷路器的合閘動作。合閘后，斷路器的儲能回路位置開關(guān)接點S2、S3動作導(dǎo)通，K2得電動作，儲能電機運行合閘彈簧開始自動儲能。

圖2 真空斷路器控制原理接線圖

4.2 斷路器的合閘控制

根據(jù)斷路器的分合閘原理圖，當(dāng)原理圖中3SA開關(guān)閉合時[S8-3位置開關(guān)（當(dāng)真空開關(guān)在試驗位置時切換）、LK1隔離手車位置開關(guān)、S9-3手車工作位置、S5位置開關(guān)（當(dāng)真空開關(guān)在試驗位置與工作位置時閉合）、S4位置開關(guān)（當(dāng)合閘彈簧儲能后動作）、S1真空斷路器合分閘輔助開關(guān)]，斷路器彈簧儲能后輔助接點S4(1 3)閉合。若此時合閘按鈕HA動作導(dǎo)通，Y1（合閘線圈）得電動作，斷路器合閘。合閘完成后，斷路器輔助接點S1（50 51）斷開，同時斷路器輔助接點S1（6 6’）閉合，為分閘做準(zhǔn)備，斷路器輔助接點S1（22 23）閉合，HR（合閘指示燈）點亮。

4.3 斷路器的分閘控制

根據(jù)斷路器的分合閘原理圖，斷路器合閘后，其輔助接點S1（6 6’）閉合，當(dāng)TA開關(guān)閉合、保護動作或LK1隔離手車位置開關(guān)觸點閉合時，Y2（跳閘線圈）得電斷路器分閘，斷路器輔助接點S1（34 35）閉合，HG（分閘指示燈）點亮；同時，斷路器輔助接點S1（50 51）閉合，為下一次合閘做準(zhǔn)備。

5 解決方案和預(yù)防措施

發(fā)電機出口斷路器作為發(fā)電機主回路具有閉合、開斷功能的重要設(shè)備，其安全運行，對發(fā)電機正常運行十分重要。為了杜絕和減少今后運行過程中出現(xiàn)類似情況，建議進行以下處理：

解決方案1：

（1）將合閘線圈儲能回路改為分閘儲能

按照原理圖，目前斷路器設(shè)計為合閘儲能，分閘時已經(jīng)具備合閘條件。在機構(gòu)磨損情況下，等同于給予斷路器合閘指令，因此產(chǎn)生多次誤動合閘。根據(jù)以上分析，建議改為分閘儲能，在斷路器儲能電機控制回路中串入斷路器輔助常閉接點，當(dāng)斷路器在合位時，斷開其儲能電機控制回路以避免斷路器因事故動作跳閘后，彈簧儲能馬上出現(xiàn)誤動合閘的情況。

改為分閘儲能后，斷路器在跳閘時，儲能電機動作，開始對合閘彈簧進行儲能，此過程約需要30 s時間。如鎖扣損壞，儲能完成后，仍然將出現(xiàn)自動合閘情況，因此，還沒有徹底解決誤動合閘的問題。

在斷路器“分”的狀態(tài)時，分閘彈簧并未儲能，合閘彈簧已儲能。斷路器接到“合閘”命令動作，合閘彈簧釋放了能量，合閘過程中將部分能量傳遞給分閘彈簧，分閘彈簧儲能。采用這種方式進行能量轉(zhuǎn)換，確保斷路器在“合”的狀態(tài)下能跳開。斷路器剛分閘時，儲能電機動作為斷路器合閘彈簧進行儲能，這個過程估計10 s左右，為下次合閘準(zhǔn)備[3]。但若斷路器在“合”的狀態(tài)，分閘彈簧在“已儲能”，保護動作時，分閘線圈得電，分閘彈簧釋放能量，斷路器分閘。而在斷路器分閘結(jié)束的時候，合閘彈簧在儲能電機運行下才開始儲能，但儲能未完成的情況下，斷路器是不具備合閘條件的。如果這次合閘于故障發(fā)電機（或設(shè)備、線路），由于分閘彈簧已在合閘瞬間完成儲能，所以斷路器在分閘線圈動作下能馬上跳開。但分閘之后就不能再次立即合閘了，需等到合閘彈簧儲能結(jié)束后才具備合閘條件。

（2）儲能控制回路接入計算機監(jiān)控事故出口常閉接點

由于斷路器操作機構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，機械磨損不容易判斷，建議儲能電機控制回路改為分閘儲能之外，再接入計算機監(jiān)控事故出口常閉接點，在斷路器因機組異?；蚴鹿蕜幼魈l后，保護未復(fù)歸前，斷路器儲能電機不能工作，斷路器無法進行儲能，斷路器就不會再次誤動合閘。在故障、事故排查處理完畢后，保護動作復(fù)歸，斷路器儲能電機才可進行合閘儲能。

（3）針對轉(zhuǎn)換開關(guān)在遠方位置時斷路器反復(fù)合閘的問題，完善電氣回路上的保護措施。即在合閘線圈上并接一只中間繼電器（該問題與合閘線圈沒有關(guān)系），當(dāng)檢測到合閘線圈未得電時，斷路器狀態(tài)由“分”變“合”、或合閘儲能彈簧狀態(tài)發(fā)生改變時，切斷合閘儲能電機電源并跳閘，直到人工復(fù)位后，再次恢復(fù)合閘電機電源。此保護措施如采用繼電器邏輯比較復(fù)雜，由計算機系統(tǒng)完成則比較簡單。

解決方案2：

將儲能回路中3SA開關(guān)（圖3）安裝到中控室，手動對合閘彈簧進行儲能，當(dāng)彈簧儲能結(jié)束，馬上手動把3SA開關(guān)斷開切斷電機儲能回路，避免如斷路器機構(gòu)故障，導(dǎo)致跳閘后馬上進行誤動合閘，但在正常開機并網(wǎng)前需手動接通3SA開關(guān)，才能使合閘彈簧儲能，增加了操作步驟，影響了并網(wǎng)速度。并且，如忘記在合閘彈簧儲能結(jié)束后打開3SA的操作步驟，仍然會出現(xiàn)誤動合閘情況。并且，若彈簧儲能100%未完成斷開3SA會導(dǎo)致并網(wǎng)合閘不成功。

圖3 技改后的真空斷路器控制原理接線圖

方案比較和需要注意的相關(guān)事項：

方案1解決問題較為徹底，但改動的回路比較多，需要斷路器廠家，計算機監(jiān)控單位的配合。方案2存在一定的缺點，但是改動較為方便。

盡管利用上述兩種方案能夠一定程度避免因為斷路器機構(gòu)原因造成的事故，但是仍然需要加強對運行值班人員的應(yīng)急處理能力培訓(xùn)，對突發(fā)事件要有完善的應(yīng)對措施。并加強對斷路器機構(gòu)的基礎(chǔ)維護，在電站日常運行維護中，對斷路器操作機構(gòu)進行必要的定期檢查維護，及時更換發(fā)現(xiàn)的磨損部件；特別是定期邀請廠家專業(yè)技術(shù)人員來現(xiàn)場進行指導(dǎo)維護保養(yǎng)工作，更能保障斷路器運行穩(wěn)定、可靠。

6 結(jié)束語

該電站 3號機組發(fā)電機出口斷路器發(fā)生多次非同期自動合閘事故后，經(jīng)處理檢驗合格又投入運行至今，一切正常。由此證明，事故處理方法是正確的。

此次事故對機組正常安全運行造成了影響，斷路器的日常維護對水電站的安全運行至關(guān)重要，年度例行檢修中更應(yīng)引起足夠重視。電站也應(yīng)按照國家電網(wǎng)公司的要求結(jié)合自身實際編制事故應(yīng)急預(yù)案，并定期演練。

由于各方面的因素，使用中的設(shè)備在廠家的設(shè)計、材料、制造和使用單位的安裝過程中存在一些無法避免的缺陷和不足，而這些缺陷和不足又恰恰會給設(shè)備運行留下重大的安全隱患，甚至釀成事故，造成嚴重損失。因此，應(yīng)根據(jù)設(shè)備的運行環(huán)境、方式和狀態(tài)的變化，分析、設(shè)想可能發(fā)生的異常和故障，提出并實施防范措施，同時在維護檢修過程中，對設(shè)計、制造、安裝方面發(fā)現(xiàn)的漏洞或缺陷，進行認真分析研究，找出徹底的解決辦法，只有這樣才能保證發(fā)電設(shè)備的安全運行。