某水电站同期装置故障分析与处理

张伟

（甘肃电投大容电力有限责任公司，甘肃 兰州 730000）

1 概述

在电力系统中，水轮发电机并网发电方式一般有手动准同期并列、自动准同期并列和自同期并列3种方式。目前国内绝大多数电厂采用自动准同期并列方式，由微机准同期装置调整待并发电机的频率、电压及相位角；当三者与系统的频率、电压、相位角差值满足要求时，微机准同期装置接通断路器合闸回路，完成发电机并列操作。但如果发生水轮发电机的频率、电压及相位角不满足条件，微机准同期装置则接通合闸回路，就会造成非同期合闸故障。非同期合闸后果非常严重，巨大的冲击会给发电机、变压器及系统造成严重冲击损害；同时可能造成发电机大轴断裂、定子绕组烧毁、转子线圈烧毁等严重后果。

2 故障现象及经过

某水电站为径流引水式电站，总装机容量34 MW，多年平均发电量1.434亿kW·h，年利用小时4 218 h。该电站3号机组按照年度检修计划安排，完成C级检修项目后，进入启动试验阶段。在进行3号机组出口断路器同期假并试验时，运行操作人员将3号机组开至空载状态，并将3号机组出口断路器手车摇至试验位置，做好了假并试验准备工作。中控室下发3号机组同期合闸令，3号机组同期装置在未进入启动画面、未调整机组转速及电压的情况下，直接接通机组出口开关合闸回路，现地检查3号机组出口开关确在合闸位置。判断3号机组同期装置存在故障，故进行停机检查。

3 故障检查及原因分析

3号机组停机后，对该装置进行检查，发现装置全部指示灯不亮，且人员无法对装置进行操作，初步判断3号机组同期装置出现装置死机故障。同期装置重新带电后，对装置的参数设置进行检查，未发现问题。使用继电保护测试仪对3号机组同期装置进行同期功能检查，工作正常。通过上述检查及试验结果基本确定，此故障是由于3号机组同期装置偶然性死机造成装置误开出。

3号机组采用的是GER—500型微机自动准同期装置，该装置对发电机和系统的三相电压进行采样，同期过程包括同期启动、选择对象、调整机组转速、电压及接通合闸回路操作。按照电力系统安全自动装置技术规范要求，发电机同期装置应有完善的自检功能，当装置出现异常情况时，自动同期装置应闭锁合闸开出节点，避免发生装置性非同期合闸。通过与同期装置生产厂家进一步联系，确认3号机组同期装置在程序设计上存在缺陷，使得该装置在异常情况下不能闭锁合闸开出节点。

4 故障处理

由图1可以看出（见图1），3号机组只在手动同期回路装设1个同步检查继电器TJJ，而在自动回路出口处，并没有装设同步检查继电器。为防止机组同期装置由于其他原因造成非同期合闸，对发电机的同期回路进行技术改造，具体的方法就是在发电机同期装置的自动回路装设1个同步检查继电器，将其闭锁节点串入合闸继电器1XJ1的出口节点后，对自动同期回路形成一个保护。当机组自动同期并网时，若并网条件不满足，而自动同期装置却误出合闸信号，该同步检查继电器可以断开合闸回路，从而避免装置非同期合闸故障的发生（见图2）。

图1 3号机组同期回路示意图

图2 3号机组同期回路改进示意图

5 潜在后果分析

此次非同期故障发生在机组假并条件下，并未产生严重后果，如果此类故障刚好发生在机组并列上网的时候，则后果不堪设想。非同期并列属于电厂的恶性事故之一，非同期合闸后，会导致发电机大轴断裂、定子绕组烧毁、转子线圈烧毁等严重后果。因此，此类装置性故障应引起电力生产企业的高度重视，应采取必要措施，防止装置性非同期故障的发生。

6 引起非同期合闸其他原因

此次非同期合闸故障属于装置误动性故障，但引起非同期合闸的原因还有很多，其中主要有以下几点：

（1）发电机出口开关的防跳回路：当合闸回路出现粘结故障，开关分闸时防跳回路未能闭锁开关合闸，则有可能造成开关的非同期合闸。

（2）开关本体机械结构或电气回路存在故障：当同期装置开出合闸时，开关不能瞬时合闸，同样可能造成开关的非同期合闸。

（3）发电机同期合闸回路存在寄生回路：由其信号的动作而导致发电机出口开关非同期合闸。

（4）开关控制回路存在一点接地故障：当发生两点接地后也有可能造成开关的非同期合闸。

7 结语

目前各类电厂绝大多数使用微机自动准同期装置，该类装置具有精度高、反映灵敏、动作可靠等特点，但考虑到电子设备本身所具有的一些不利属性，如信号干扰、断电上电、死机等引起的装置误动作，给电力企业的安全生产带来巨大安全隐患；因此建议广大电力生产企业在机组的自动同期回路装设同步检查继电器，避免装置性非同期合闸给企业带来巨大损失。同时，应在检修期做好同期装置的检查工作，确认同期装置工作正常，并对各类出口开关的防跳回路、开关本体及开关控制回路做全面检查，防止寄生回路及接地故障存在，保障企业安全稳定生产。