袁春全
（山东能源肥矿集团电力公司，山东肥城271608）
摘
要
该文从一起因断路器操动机构故障引发的发电机非同期并列事故入手，简述非同期并列事故的类型及分析处理方法，为快速处理非同期并列故障提供了经验。关键词 发电机
非同期并列
防火罩故障
分析处理中图分类号TM621．5
文献标识码
B
把发电机和电网联接起来，让电能源源不断地输送出去。发电机并网必须满足三个条件：发电机频率、电压、相位必须与电网频率、电压、相位保持一致。不满足三个条件下的并列称为非同期并列，非同期并列对电网和发电机造成的危害很大，应尽量避免。下面对某电厂一起罕见的因发电机出口断路器操动机构故障引起的非同期并列事故进行分析，介绍发电机非同期并列的分析处理方法。1
某电厂1#发电机并列设备参数防盗机箱
某电厂1#发电机及其配套装置相关技术参数：发电机型号：QF －15－2额定电压：6kV
同步相量测量装置
地下轨道站功率因数：0．8（滞后）
发电机后备保护装置：Builder －2521发电机并列自动准同期装置：ZZQ －5发电机并列开关柜：XGN2－10
发电机出口断路器：ZN28－10/1250－31．5出口断路器操动机构：CT192发电机非同期并列的原因分析
2．1
正常并列步骤
该电厂1#发电机系统电气主接线图如图1
。轻触开关电路
图11#发电机系统电气主接线图
*收稿日期：2011－10－25
作者简介：袁春全（1970－），男，大学本科，山东科技大学毕业，工程师，
山东能源肥矿集团电力公司安全生产监察部常务副部长。上级变电站提供电源至35kV 母线，经1#主变压器降压，供1#发电机厂用电、辅机系统。当汽轮机操
作人员冲转至汽发机3000r /min 时，
电气运行人员合上发电机灭磁开关进行升压操作，将发电机定子电压缓慢升至额定值（6kV ），通过同期装置进行并列操作，若发现电压、频率与系统电压、频率不等时，调节发电机电压、频率与系统电压、频率相等，若发电机相位与
系统相位一致时，
同期装置发出合闸命令，输出继电器的合闸触点接通，发电机出口断路器合闸，发电机顺利与电网并列。
2．2非同期并列情况描述
2009年5月21日14：50分，该厂1#发电机并列操作时，
值班员发现自动准同期装置的“可并列”红灯发出信号后，
大约经过一、二秒后1#发电机保护屏的“已并列”红灯亮，发电机并列。值班员感觉“已并列”灯
亮得比“可并列”灯晚一些，将情况汇报值长、车间主任。因汽轮机冲转达3000r /min 时间不能持续太长，否则对汽轮机会造成损坏，技术人员无法反复模拟并列时的真实状况，只是怀疑自动准同期装置有问题，于是决定改用手动准同期并列。
自从使用手动准同期操作以后，较长一段时期未发现有并列迟缓的问题，认为问题已到，是自动准同期装置有问题。但在2010年4月15日17：50分的一次并列操作中，值班员调节发电机电压、频率都与系统一致，按规程规定在离同期装置“12”点位置差15ʎ时候，按动了并列按钮，大约过了五、六秒钟后，发电机断路器才合闸，但又立即分闸，查阅保护装置发现1#主
变压器、1#发电机保护动作，变压器高压侧、
1#发电机出口断路器跳闸，1#发电机厂用电系统失电，全厂其他
地点的照明灯瞬间明显变暗，数秒后恢复正常。2．3并列事故情况分析
结合图2对事故分析过程进行介绍。
图21#发电机并列控制图
首先介绍发电机出口断路器的3种合闸方式：
第一种，自动同期合闸：安装在6kV开关柜上的切换开关QK的3、4端子接通，同期屏上的同期开关3、4端子和13、14端子分别接通，当满足并列条件时，线号721、722接通，断路器自动合闸，发电机并列。
第二种，手动同期合闸：安装在6kV开关柜上（发电机出口开关柜）的切换开关QK的3、4端子接通，同期屏上的同期开关5、6端子和11、12端子分别接通，当满足并列条件时，线号721、723接通，手动按KK按钮，断路器合闸，发电机并列。
第三种，发电机出口开关柜上手动合闸：安装在6kV开关柜上切换开关QK的1、2端子接通，手动按本柜操作按钮HA，断路器合闸，发电机并列。
造成非同期合闸的原因主要有以下几种：
（1）发电机电压与系统电压的差值△U太大（△U ＜5%UN），产生大的冲击电流，使保护动作跳闸。
但从微机保护后台系统调出两侧的电压曲线，电压基本一致，不会产生大的冲击电流，这个原因予以排除。
（2）发电机频率与系统频率差距大（△f＜0．1 Hz），同样会产生大的冲击电流。当时汽轮机的转速已经稳定在3000r/min，从DCS监控系统查到转速符合要求。这个原因也予以排除。
（3）发电机相序与系统电压相序不一致，也会产生大的冲击电流。但这台发电机已投运多年，发电机一次接线、励磁系统、电压互感器二次回路接线从未进行改动，不存在相序不一致问题。
（4）发电机相位与系统电压相位不一致，会产生大的冲击电流，不论是手动同期，还是自动同期并列，在并列瞬间并列指示灯开始亮的时间和同期装置指示“12点位置”是对应的，说明同期装置输出接点刚接通时相位是一致的，关键是接通后没有立即并列，错过了相位一致的最佳时机，过数秒后，发电机并列，这时相位已相差较大，最不利的情况是相差180ʎ的时候，电压差△U=2UN=12kV，由于发电机的次暂态电抗X
d
”
很小，根据公式冲击电流Iim=△U/X
d
”，冲击电流比发电机正常工作电流大二三十倍。即使不是相差180ʎ，经过数秒后才进行合闸，相位差已足够大，也能引起发电机和主变压器的保护动作。
从以上分析可以得出结论，造成4月15日这起非同期并列事故不是偶然的，是一个发电机和电网系统的相位差由小变大，后果从小到大的过程。
3故障查过程
（1）全面检查。根据上述分析，再一次排查ZZQ－5同期装置内各元件确无问题后，将排查的重点放在发电机出口开关柜上，首先对二次系统进行检查，重点检查端子排接线有无松动、储能继电器各接点、操动机构各辅助开关接通情况是否良好，位置是否正确，保护装置定值设定有无错误，保护压板投退有无改动，通过检查，没有发现问题。
（2）做空合试验。将发电机出口开关柜的下隔离、上隔离刀闸分别拉开，用解锁钥匙解除“五防”闭锁，合上控制回路、合闸回路的电源保险，储能电机开始转动，储能指示灯、分闸指示灯亮，合闸指示灯灭。按动本柜合闸操作按钮HA，立即听到合闸电磁铁吸合的声音，但没有立即合闸，大约过五秒钟后，断路器合闸成功。又重复合分操作十多次，有两次立即合闸，但其余均延时合闸。至此，故障
范围缩小到发电机出口开关柜断路器操动机构上。后又在机构上用手动方式合闸，也同样出现上述问题，进一步印证了问题确实出在操动机构上。
（3）进一步查事故原因。卸掉操动机构护盖，对机构各部件进行检查，发现扇形板与合闸半轴接触的平面已变成弧面，调整螺丝的扣接量已明显变小，约1．5mm，而一般情况下扣接量在1．8 2．5mm之间，试调整螺丝使扣接量达2mm，合闸成功。为确定调整改动的效果，又进行十多次的试验，均立即合闸。事故原因已经查明，是由于操动机构合闸半轴的扣接量变小，导致合闸灵敏度下降，发生合闸延迟现象的。
4故障原因分析
（1）操作频繁，合分闸次数多是导致合闸半月板接触面磨损量大的原因。
（2）合闸操作时，储能弹簧释放振动大是导致调整螺丝扣接量变小的原因。
（3）不能使用操动机构的自动合闸功能。对于一般用途的馈电开关柜，出现此种故障最多是合闸慢一些，但用作发电机的出口开关柜，由于有并列操作的特殊性，若出现不能立即合闸情况，使用这种功能容易造成非同期并列。
5故障处理
故障处理有两种方式：（1）适当旋紧调整螺丝的扣接量，对转动部位加注润滑油，这种方式的优点是能够快速处理故障，但事故重复出现的可能性较大；（2）对操动机构进行整体更换，相对投资大一些，处理时间长一些，但考虑到此设备的重要性，遂决定更换操动机构，更换后一直使用正常。
6故障预防措施
（1）操动机构的各转动件应定期加注润滑油。
（2）操作达一定次数后，检查操动机构各部位有无松动，发现松动应及时拧紧。
膨胀水箱设计
（3）发生非同期并列故障后，不仅要检查电气部分，还要检查操动机构等机械部分。
（4）与发电机出口断路器配套的操动机构，不应有机械重合闸功能。
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