发电机出口真空断路器拒合原因分析及处理

摘要：发电机出口断路器担负着正常时并网运行，将负荷送至电网，事故时及时切断故障电流，保护发电机组安全的重任，出口断路器动作不可靠将给电网和电厂安全运行均带来严重威胁，必须认真分析、及时处理，以满足调度调频、调峰的要求和电厂的安全稳定运行。

关键词：发电机；并网安全；真空断路器；拒合原因

中图分类号：TM561 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）03-0061-03

1 概述

发电机出口断路器担负着正常时并网运行，将负荷送至电网，事故时及时切断故障电流，保护发电机组安全的重任，出口断路器动作不可靠将给电网和电厂安全运行均带来严重威胁，必须认真分析、及时处理，以满足调度调频、调峰的要求和电厂的安全稳定运行。

某电站安装3台60MW轴流转桨机组，担负着电网部分调峰、填谷和事故备用任务。电站电气主接线采用3台发电机出口通过三台真空断路器分别和主变压器以1组联合单元接线接入系统运行，出口断路器为小车式结构，型号：150VCP-WG75/4000A。发电机开机并网采用自动准同期方式合上出口断路器并入系统运行，自投运后陆续出现在机组并网时发生同期装置动作后开关未合上的缺陷，检修人员仅对开关抽出检查未发现异常后投入运行位置并网成功，该缺陷分别在三台机出口断路器均出现过，且出现频率不一，有时第一次合不上，重新再给一次合闸令就可合上，有时需连续合几次才能合上（最多一次开机连续给了八次合闸令才合上），对电站的安全稳定运行带来了极大的不便和隐患，急需处理，以满足调度调频、调峰的要求。

2 断路器技术参数及主要技术要求

断路器技术参数及主要技术要求如表1所示。

3 机组断路器运行及消缺情况

2006.6.30 3号机组断路器开始投入使用；

2006.7.6 3号机组断路器开始出现合闸失效现象，检查原因不明；

2006.8.16 3号机组断路器开始出现合闸失效现象，检查原因不明；

2006.8.17 3号机组断路器开始出现合闸失效现象，检查原因不明；

2006.10.8 3号机组断路器柜运行人员操作造成推进机构滑块螺丝断损两枚，厂家技术人员前来更换处理恢复正常，但开关拒合原因仍不明；

2006.11.12 3号机组断路器并网不成功；

2007.4.28 3号机组断路器并网不成功；

2007.5.28 3号机组断路器并网不成功。

4 原因分析及处理

4.1 前期准备

首先对断路器回路进行了详细试验及检查，包括同期回路、断路器操作回路、直流回路等，经验证排除了回路的原因。

4.2 原因分析

可能是断路器与断路器室配合有问题。

4.3 初步检查

4.3.1 断路器置于断路器室外部延长轨道上，计数器显示为264，合分闸14次，计数器显示278，未出现异常现象。

4.3.2 其后断路器推入断路器室，检查底部与断路器室联锁，未见异常，联锁动作状态无误，进行6次合分闸操作，计数器显示282时出现一次无效合闸。

4.3.3 所有操作机构零部件检查：（1）合闸挚子位置正确，无松动；（2）合闸挚子滚轮转动灵活，位置正确；（3）合闸驱动系统运动正常；（4）分闸驱动系统位置，运动正常；（5）D形轴位置正常，无松动，刃口有细微磨损，状态正常；（6）合闸保持扇形板刃口无磨损，无松动，位置略微偏高；（7）储能防过冲挚子位置，功能正常；（8）主凸轮无明显磨损，无松动位置正常；（9）主连接滚轮转动灵活，位置正确；（10）合、分闸复位弹簧位置正确。

表1 发电机真空断路器主要技术参数

序号 项目 12kV发电机断路器

a） 型式 发电机专用真空断

路器

b） 型号 150VCP-WG75/4000A

c） 台数 3

d） 额定电压（kV） 12

e） 额定电流（A） 5000

f） 相数 3相

g） 额定频率（Hz） 50

h） 额定开断电流 ≥50

i） 额定关合电流 160

j） 额定峰值耐受电流（kA） 160

k） 额定短时耐受电流及时间（kA/S） ≥50/3

l） 额定雷电冲击耐受电压（峰值）（kV） 75

m） 1分钟工频耐受电压（有效值）（kV） 42

n） 额定操作顺序 0-180s-CO-180s-CO

o） 电气寿命

开断额定电流4000A时次数 ≥10000次

开断额定短路电流次数 ≥8次

p） 机械寿命 ≥30000次

q） 操作机构

型式 弹簧贮能

控制电源 直流220V（+10～-20）%

储能电机电源 直流220V（+10～-20）%

r） 分、合闸不同期时间

不大于 2ms

s） 额定电流的直流分量 不小于70%

t） 开断截流值 小于1A

u） 失步开断能力 大于25%

v） 合闸弹跳时间 不大于2ms

w） 暂态恢复电压幅值（TRV） 1.84U

短路电流来自变压器：（kA） 24.802

短路电流来自发电机：（kA） 16.829

4.3.4 故障断路器的相关参数的测量校对

1#发电机断路器：

Gap开距：

PhaseA：11.27mm Phase B：can not measure （现有条件无法测量）

Phase C：12.07mm

Wipe 超行程：

Phase A：3.42mm Phase B：2.55mm Phase C：2.45mm

2#发电机断路器：

Gap 开距：

Phase A：10.56mm Phase B：can not measure （现有条件无法测量）

Phase C：11.98mm

Wipe 超行程：

Phase A：2.22mm Phase B：1.15mm Phase C：1.50mm

3#发电机断路器：

Gap 开距：

Phase A：15.97mm Phase B：can not measure （现有条件无法测量）

Phase C：14.45mm

Wipe 超行程：

Phase A：1.03mm Phase B：1.27 Phase C：1.03mm

4.4 故障分析

根据以上校检结果和测量数据，据推测可能由于长途运输没有使用原装包装箱固定断路器，造成颠簸震动以及开关到达用户前人为调整引起开距和超行程变化导致主轴转动位置变化，致使D形轴在合闸瞬间处于临界不稳定状态，造成有时合闸失效。

4.5 解决方案

进行开距和超行程调整，将对三相极柱部分零件以及缓冲器进行调整；调整后将对断路器进行机械特性测量，确保参数正确有效。

调整步骤：

（1）真空灭弧室开距粗调。

（2）开距和超行程测量。

（3）超行程调整。

（4）开距超行程复测。

（5）计算开距和超行程关联数据。

（6）开距和超行程微调。

（7）重复1～6步骤进行其它两相调整。

（8）三相极柱数据测量。

（9）数据计算。

（10）三相极柱开距和超行程平衡调整。

（11）断路器分合闸稳定性测试30次（每分钟

4次）。

（12）检查D Shaft 状况，确定有无必要更换。

（13）更换D Shaft（可选，根据实际情况待定）。

（14）断路器检修位置电动分合闸稳定性测试30次（每分钟4次）。

（15）机械性能测试，测试结果和数据打印。

（16）真空度测试合格。

（17）三相触头分合同期性测试。

（18）断路器最终全面复检，假同期试验，一切合格后准备投入使用。

5 维修后状况

1#发电机断路器：

计数器： 298（维修前）， 360（维修后）

Gap 开距：

Phase A：11.98mm Phase B：10.75mm

Phase C：11.56mm

Wipe 超行程：

Phase A：3.84mm Phase B：3.79mm

Phase C：3.74mm

Close time 合闸时间：

Phase A：49.2ms Phase B：49.1ms

Phase C：49.5ms

Diff A-B-C 三相不同期性：0.4 ms

Close speed： 合闸速度： 0.67m/s

Open time 分闸时间：

Phase A：63.4ms Phase B：62.8ms

Phase C：63.4ms

Diff A-B-C 三相不同期性：0.1 ms

Open speed： 分闸速度： 0.73m/s

维护工作：开距、超行程调整。

2#发电机断路器：

Gap 开距：

计数器： 124（维修前），170（维修后）

Phase A：10.43mm Phase B： 10.05mm

Phase C：11.98mm

Wipe 超行程：

Phase A：3.74mm Phase B：3.62mm

Phase C：3.69mm

Close time 合闸时间：

Phase A：47.9ms Phase B：49.5ms

Phase C：49.0ms

Diff A-B-C 三相不同期性：1.6 ms

Close speed： 合闸速度： 0.80m/s

Open time 分闸时间：

Phase A：61.9ms Phase B：61.6ms

Phase C：61.9ms

Diff A-B-C 三相不同期性：0.3 ms

Open speed： 分闸速度： 0.80m/s

维护工作：开距、超行程及缓冲器调整。

3#发电机断路器：

计数器： 280（维修前），377（维修后）

Gap 开距：

Phase A：13.37mm Phase B： 11.53mm

Phase C：12.53mm

Wipe 超行程：

Phase A：3.63mm Phase B：3.61mm

Phase C：3.84mm

Close time 合闸时间：

Phase A：50.2ms Phase B：49.6ms

Phase C：49.5ms

Diff A-B-C 三相不同期性：0.7 ms

Close speed： 合闸速度： 0.87m/s

Open time 分闸时间：

Phase A：58.6ms Phase B：59.0ms

Phase C：58.4ms

Diff A-B-C 三相不同期性：0.6 ms

Open speed： 分闸速度： 1.07m/s

维护工作：开距、超行程调整。更换分闸线圈（原线圈145欧姆，由于分闸时间过长，更换为75欧姆

线圈）。

6 结语

3台断路器经检查和调整维修后，测试数据均已合格，可以投入运行。通过本次缺陷处理，充分说明发电机出口断路器合闸不成功缺陷，要引起高度重视，排除控制回路原因后，应对开关本体机构进行详细检查，消除隐患，才可投入运行，否则可能会造成更大的事故隐患。

参考文献

[1] 能源部西北电力设计院能源部中南电力设计院.水电站运行规程与设备管理（DL5003-91）.1992.

作者简介：佘晓军（1976—），男，重庆人，重庆大唐国际武隆水电开发有限公司设备部副主任，工

程师。