大型水力发电机组开关非全相运行处理方法研究

大型水力发电机组担负着电网的调峰调频任务，发电机开关非全相运行直接威胁电力系统的稳定和机组的安全。本文主要阐述开关非全相运行的现象、原因和危害，分析了由不同故障原因引起发电机开关非全相运行的事故处理方法，并提出了发电机开关非全相运行时如何及时、正确地处理事故，确保水力发电机组的安全稳定运行。

发电机组开关是水力发电厂电气设备中重要的设备之一。正常情况下，利用发电机开关的合闸或者分闸以实现与电力系统的并网或者解列。故障情况下，发电机组开关通过继电保护作用于跳闸，以确保水力发电机组的安全运行。发电机开关的非全相运行是三相机构分相操作发电机主开关在进行合、跳闸过程中，由于某种原因造成一相或两相开关未合好或未跳开，致使定子三相电流严重不平衡的一种故障现象，严重威胁水力发电机组的安全运行。所以，研究水力发电机组开关非全相运行处理方法，对保证机组的安全稳定运行意义重大。

1 开关非全相运行的现象、原因和危害

1.1 开关非全相运行的现象

如果水力发电机组出现开关非全相运行，发电机三相定子电流严重不平衡，可按下列特征判断主变220kV开关的非全相运行情况：（1）发电机定子电流Ia、Ib、Ic中有两相相等或近似相等，且为另一相的1/2，主变220kV开关两相拒分。（2）一相断开发电机定子电流：Ia、Ib、Ic中有两相相等或近似相等，且另一相为零，主变220kV开关一相拒分，两相断开。（3）“开关非全相”光字牌亮，返回屏上主变220kV开关红、绿指示等均熄灭，发电机非全相保护、负序过负荷保护有可能发讯、动作，有关光字牌亮，机组产生两倍频的振动及噪声。

1.2 开关非全相运行的原因

1.2.1 电气方面故障的原因：开关控制回路绝缘不良、转换接点接触不良、压力不够变位等使分合闸回路不通，开关密度继电器闭锁操作回路、继电保护设置不完善或拒动等。

1.2.2 机械方面故障的原因：机械部分故障主要是开关操作机构失灵、传动部分故障和开关本体的故障。其中操作机构方面为主要机构脱扣，铁芯卡死等。传动部分的故障主要有系统所用元件的材料性能不好行程不够、偏卡传动机构连接部分脱销，连接松动、断裂等。开关本体主要故障可能是动静触头松动，接触不好，行程调整不好，检修时元件安装问题或者接线错误而拒动，使自动、手动均不能断开等。

1.3 开关非全相运行的危害

1.3.1 发电机可能失步引起振动增大。

1.3.2 不平衡电流引起的负序电流在转子表面感应出双倍频率的电流使得转子表面发热，严重时可使转子表面严重烧损。非全相运行主要影响就是不平衡电流，三相电流不平衡将产生不平衡的电动力，对电气设备的绝缘有害，同时不平衡电流过大，过热，引起跳闸。

1.3.3 发电机组长时间非全相运行很大的负序电流将损坏发电机定子线圈，严重时烧坏转子线圈，折断大轴。

2 开关非全相运行的处理

2.1 发电机空载解列时断路器非全相拉闸的处理

如果开关分闸时发三相位置不一致，或解列时减励磁电流，定子电压不降低，而定子回路出现不平衡电流，此时应立即停止操作。必须维持发电机转子电流在空载额定值，使发电机定子三相电流为零或不平衡电流最小。维持发电机转速，保持发电机与电网同步，设法恢复发电机开关对称运行。

2.2 发电机并列时断路器非全相合闸的处理

如果增加负荷，定子回路出现不平衡电流，此时应立即停止操作，维持发电机负荷，严重时应断开开关解列停机。

2.3 发电机运行中断路器非全相跳闸的处理

严禁拉开灭磁开关，防止发电机失磁。迅速降低发电机无功及有功负荷，使发电机定子负序电流不超过正常运行的允许值，如仍不能解决，应解列停机。

2.4 发电机运行中断路器非全相跳闸，灭磁开关同时跳闸的处理

立即手动拉开故障机组开关，与系统解列，为了避免发电机拉入同步产生的冲击电流及振荡造成的损失而扩大事故，灭磁开关不应再合上。

2.5 发电机运行中断路器非全相跳闸，灭磁开关跳闸，原动机停止运行的处理：此时发电机变成电动机运行，定子不平衡电流及负序电流达到最大，应立即手动断开开关，与系统解列停机。

3 发电机开关非全相运行的防止措施

发电机开关非全运行严重时烧坏转子线圈和定子线圈，为了防止非全相运行故障烧损发电机定子和转子，应在以下方面采取措施：

3.1 设备维护方面

加强开关的维护质量，为防止机构失灵，可以对机构内传动轴、锁钉定期润滑，保证传动部分灵活，机构箱门保证处于严密关闭状态，防止线圈受潮，机构零件锈蚀，对开关跳合闸线圈进行检查，对机构拉杆进行检查。根据厂家资料和发电机运行规程的规定，制定出机组允许的负序电流值和持续时间，作为运行人员进行监视和处理故障的依据。

3.2 运行维护方面

运行人员在巡视检查时，注意压缩空气、SF6压力、加热器投退等。机组灭磁或机组并网操作过程中，升磁建压前，检查机端电压电流是否为零，若不为零，应怀疑开关非全相，应查明原因，确认后采取相应措施。发电机解列、并列的操作顺序和注意事项，应在现场运行规程中明确规定，便于运行人员正确的完成解列、并列的操作。发变组开关非全相运行时，运行人员要做好发电机三相电流的变化、电压的变化、机组转速的变化、持续时间以及保护装置。信号装置的动作记录，以进行综合分析、判断，制定检查处理的对策。

3.3 设备改进方面

选择质量好的开关，完善继电保护，提高继电保护动作的可靠性。发电机-变压器组结线方式的高压侧主开关应选用三相联动的操作机构，发电机加装负序电流表，为了使运行人员直观地看到负序电流的大小，更好地将负序电流控制在规定范围内，装设负序电流表是十分必要的。

结语

综上所述，水力发电机组担负着电网的调峰调频任务，发电机开关非全相运行直接威胁电力系统的稳定和机组的安全。研究水力发电机组开关非全相运行的现象、产生原因和处理方法，以便及时、准确地处理故障，确保水力发电机组的安全稳定运行。