发电机非全相运行原因分析及事故处理

王　炜

摘要：针对由于断路器产生的发电机非全相运行，分析了非全相运行对发电机和电力系统的危害。分析了由不同故障原因引起的发电机非全相运行的事故处理方法，并提出了针对性的事故处理措施。而不同的时负序电流对发电机的危害和发电机非全相运行的原因，以及发电机发生非全相运行时运行人员如何及时、正确地处理事故，减少事故可能给发电厂带来的经济损失。

关键词：发电机 非全相运行 负序电流

0 引言

在电力系统中，由于断路器操作机构及其电气控制回路等故障引起的断路器的非全相运行导致发电机过热或烧毁事故，不仅对电厂是一个重大的损失，也给电力系统的安全运行带来了极大的威胁，特别是近年来全国电力供应非常紧张的条件下，若由于发电机非全相运行导致发电机烧毁，出现对电力系统的安全、稳定的供电形式，无疑是雪上加霜，给本身紧张的电力系统到来更大的困难，因此，如何防止发电机特别是大型发电机发生非全相运行时烧毁事故，必须引起我们的重视。

1 发电机非全相运行的原因

发电机发生非全相运行的原因，主要由主断路器的非全相运行和断路器失灵保护故障引起的，事故统计表明，因断路器引起的非全相运行事故占50%以上，本文针对高压断路器故障分析发电机非全相运行的原因：①SF6高压断路器是免维护或少维护的电器设备，其运行可靠性取决于产品的制造质量，尤其是出厂质量。无论是国产设备，还是进口、合资设备，在运行以及基建安装过程中都发现不少制造质量问题，严重地影响了电力系统的可靠运行。②绝缘性能是SF6断路器，尤其是罐式断路器和GIS的质量关键，出现绝缘问题往往会造成重大设备损坏和系统停电事故。③220kV及以上SF6断路器绝缘拉杆拉脱和断裂事故多次发生，在停电检查中，也发现有大量绝缘拉杆松动、变位以及连接件局部损坏现象。绝缘拉杆拉脱或断裂往往会引发绝缘事故和瓷瓶爆炸事故，还可能造成非全相运行导致事故扩大。④目前我国发电机组绝大部分采用发电机-变压器组扩大单元接线，这种接线方式最大优点是省掉了发电机出口保护用断路器，从而也省掉了相应的继电保护装置。从而带来另一个问题，即当出线断路器发生一相或两相拒动、误动或断口绝缘击穿而导致非全相运行时，对变压器和发电机的保护将成为很大的难题。⑤高压断路器的合-分时间(空载)是其额定时间参量，当进行各种开断性能试验时，断路器的合-分时间均应符合其额定的合-分时间。合-分时间既影响断路器的开断性能，也影响合于线路永久性故障时系统稳定时间的整定。很多用于电网中的高压断路器的实际合-分时间的开断能力没有得到试验考核。合-分时间存在的这种差异对电网的安全稳定运行构成了潜在威胁。

2 非全相运行的危害

2.1 非全相运行对发电机的危害

发电机在正常运行中发生非全相运行，发电机负序电流将可能远远超过8%额定值的水平，将给发电机的安全运行带来非常大的隐患，尤其是产生局部高温区，则更加危险。

随着发电机单机容量的增加，越来越多的发电机转子绕组和铁芯采用的氢冷方式，当发电机发生非全相运行时，虽然在发电机两端设计有密封油系统，但发电机漏氢现象或多或少的普遍存在。因此一旦发生发电机非全相运行，如果处理不及时，使发电机变成异步运行，发电机的振动将大大增加，其两端密封瓦可能损坏，振动摩擦产生的火花很可能与发电机泄漏出来的氢气接触造成发电机发生氢气爆炸的危险，可能导致发电机发生氢气爆炸的严重事故，这不仅将造成机组事故停运，而且还将使发电机损坏后长时间地进行检修，给电厂的经济带来严重损失，对当地缺电的电网运行也带来一定安全隐患。

2.2 非全相运行对电力系统的危害 当负序电流流过发电机时，将产生负序旋转磁场，这个磁场除了将对发电机产生下列影响：①发电机转子发热；②机组振动增大；③定子绕组由于负荷不平衡出现个别相绕组过热。在严重的情况下，如输电线非全相运行时，负序电流和零序电流可以在非全相运行的线路中流通，也可以在与之相连接的线路中流通，可能影响这些线路的继电保护的工作状态，甚至引起不正确动作。此外，在长时间非全相运行时，网络中还可能同时发生短路(包括非全相运行的区内和区外)，这时，很可能使系统的继电保护误动作。

电力系统在不对称和非全相运行情况下，零序电流长期通过大地，接地装置的电位升高，跨步电压与接触电压也升高。不对称运行时，各相电流大小不等，使系统损耗增大，同时，系统潮流不能按经济分配，也将影响运行的经济性。

3 发电机非全相运行的事故处理

当发电机非全相运行故障时，处理方法是因发电机非全相运行故障原因而不同的。

3.1 是由于线路开关非全相运行引起的应及时将故障线路恢复全相运行，或将线路开关拉开，如恢复不了，应立即汇报调度，同时要严密监视发电机定子三相电流不平衡情况及发电机各部温度各瓦振动，当发电机定子三相电流达8%额定值，定子过流保护延时5s发出报警，应及时降低发电机出力，必要时可停运1-2台磨，并及时根据锅炉燃烧情况投油稳燃，尽量避免锅炉熄火引起发电机、汽轮机跳闸，造成事故处理影响面扩大。

3.2 是由于本身开关引起，应立即将有、无功负荷降至接近空载状态，三相不平衡电流不得超过额定值的8%，经同期装置将发变组开关合上，若合不上，应立即拉开该开关，若拉不开应立即倒母线，用母联开关将发变组解列。

3.3 在发电机并列后加负荷时应遵守的操作顺序是：并列后不要急于增加有功功率和无功功率，在加负荷的过程中，要特别注意定子三相电流是否对称相等，确认无异常后，再增加有功功率和无功功率。当发现三相电流的不对称程度超过规定时，说明主断路器非全相合闸，应立即减少发电机的转子电流和功率，使定子三相的不平衡值控制在允许范围之内。若主断路器仍不能全相断开，应按现场运行规程的规定，将发电机从系统中隔离出来，关闭汽机主汽门停机。

3.4 若非全相运行是发生在发电机解列后，降低定子电压时随转子电流的下降而定子电压不下降，同时定子两相或三相出现电流且不平衡，可能开关未完全拉开，此时应维持汽轮机转速，增加励磁电流，使定子三相电流接近于零，再拉一次发变组开关，若还拉不开，应经同期将发电机重新并列，倒母线后，用母联开关将发电机解列。

3.5 发电机在非全相运行中，不得打闸停机，若主汽门已关闭或灭磁开关已跳闸，应立即拉开母联开关以及发变组所接母线所有开关。也不得拉开励磁开关，这主要考虑到的是如果汽轮机打闸，发电机将变成电动机运行，发电机将从系统中吸收有功，系统周波下降，而对于汽轮机来说，无蒸汽长时间运行时，末级叶片会与空气摩擦而过热，特别是大机组这是绝对不允许的，所以最好维持汽轮机最小允许功率以上运行。

4 发电机非全相运行的防止措施

4.1 管理技术对策和防范措施

4.1.1 贯彻执行高压开关设备管理规定，健全和稳定高压开关专业队伍，贯彻执行高压开关设备管理规定是作好电力系统高压开关设备专业管理工作的组织保证，其核心是实行高压开关设备的分级、分工负责，建立各级岗位责任制，其目的是建立一支强有力的专业技术队伍，形成电力系统高压开关专业管理体系。

4.1.2 制定并落实各项反事故技术措施，根据运行经验和对高压开关设备的事故分析，针对运行中不同厂家、不同型号、不同电压等级、不同地区高压开关设备存在的问题制定相应的反事故技术措施，预防各种故障的发生。应建立事故预警和事故通报制度，发生高压开关设备重大质量事故和重大责任事故后要科学地、实事求是地对事故原因和事故责任进行分析，提出相应的反事故措施。

4.1.3 加强检修管理，提高和确保检修质量是保证高压开关设备安全运行的重要手段。

4.1.4 加强高压开关设备的全过程管理。以往工作证明，要保证高压开关设备的运行安全和降低故障率，仅对投运开关设备作好工作是不够的。投运前设备的技术性能及试验验证、制造和设计选型、基建安装和调试、交接验收等一系列质量环节是决定投运后设备运行可靠性的基础，“先天不足”的设备一旦投运将后患无穷。因此，高压开关设备的专业管理工作必须前移，作为电力系统生产运营的技术管理单位，应建立一系列全过程管理工作的规章制度。

4.2 对发变组出口断路器应按规定定期进行维护 ①利用发变组或线路、母线停运期间，检查断路器主轴、连接板、销钉、合闸铁芯是否发热卡死，机构是否卡住，连接部分是否脱销、松动。②二次回路要检查转换接点压力是否足够，接线端子是否松动，行程是否满足要求，合闸接触器或辅助开关接触器是否良好，特别是按规定每天或数天对空气压缩系统进行疏水，检查有无漏空气和SF6气体，冬季及梅雨季节及时投入结构内的加热运行，确保操作机构及电气回路保证完好状态。

4.3 在运行操作和运方调整时采取相应措施 ①措施应在发变组并、解列前或正常运行中尽可能将失灵保护投入，并定期对失灵保护进行校验，保证其动作可靠性。②在发变组并网前对出口开关进行分、合试验，且试验后对开关机构装置要进行详细检查，不能仅观察开关的分、合闸状态是否对应，对于三相分相操作机构的断路器应同时检查其各相弹簧装置、活塞拉杆均处在同一位置上，机构连接正常，从而保证开关三相均处在分闸位置，防止在合发变组主刀闸时由于某相在合闸位使发电机变成异步运行，直接威胁发变组及电力系统的稳定。③为防止发电机非全相运行，发电机负序电流（速断）保护在发变组主刀闸合闸之前应保证在投入状态，以确保在任何情况下发生非全相运行时能可靠动作，经延时动作于断开其它相或启动失灵保护使母联开关跳闸，将故障发变组与系统隔离。④在发变组并网及解列期间，尤其要注意监视发电机三相定子电流是否平衡或一致，以免机组发生非全相运行时未及时采取正确措施处理。⑤在操作断路器分闸或合闸时，应保持足够的时间，不要返回太快，一般要等断路器红、绿灯变化后或开关三相电流正常变化后才放手，防止因操作不当引起发变组非全相运行。⑥要防止发变组在非全相运行时使事故扩大，必须提高运行值班人员处理事故水平。在当班期间要做好事故预想，一旦发变组断路器发生非全相运行，值班人员应根据动作信号操作，位置指示灯、各表计指示值变化、发电机振动等事故现象，迅速判明发电机是否处于非全相运行状态，一旦确定事故而失灵保护装置未动作或保护动作但母联开关及该母线上其他运行开关未跳闸，应果断的拉开发变组同一母线上的所有开关，避免事故扩大。

4.4 在继电保护回路上采取措施 当发变组出口断路器出现非全相运行时，应采取发电机降出力措施，然后经快速返回的“零序或负序电流”闭锁的断路器非全相判别元件，以独立的时间元件以第Ⅰ时限启动独立的跳闸回路重新跳开断路器一次，并发出“断路器三相位置不一致”动作信号，若此时断路器故障仍然存在，可采用以下措施：以“相电流、零序或负序电流动作”，“断路器三相位置不一致保护动作”和“发变组保护动作”三个条件组成的“与”逻辑，经由独立的是元件以第Ⅱ时限去解除断路器失灵保护的复合电压闭锁，并启动断路器失灵保护，同时发出断路器失灵保护启动的信号，跳开与其在同母线上的所有开关。

4.5 开关的选型 尽可能选择三相操作的断路器作为发变组出口开关和母联开关。发变组主开关一般采用的是三相共一的操作机构，而三相各自动作的操作机构开关给发电机非全相运行留下了隐患，一旦发电机发生非全相运行处理如不及时，将很可能将发电机烧毁，而母联开关装设三相共一的操作机构后即使发电机发生非全相运行，也能通过失灵保护及时全相断开母联开关，使处于非全相运行的发电机及时摆脱非全相运行，保证系统的安全稳定和保护发电机本身的安全。

5 结束语

发电机发生非全相运行是系统、机组都不允许的一种不对称运行，威胁到系统的稳定和机组的安全。只有弄清楚非全相运行的现象、产生原因和分析方法，在发电机发生非全相运行时及时、迅速、准确地处理，才能正确地加以处理，从而保证系统的稳定和机组的安全。

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