非全相事故处理

【1】发电机非全相运行原因分析及事故处理

时间：2009-8-7 来源：王炜 中小企业管理与科技(上旬刊)

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，以的时间元件以第Ⅰ时限启动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。

【2】发电机—变压器组非全相运行故障分析和处理

主 题：介绍发电机—变压器组接线方式的汽轮发电机非全相运行时发生的故障，结合自己运行经验进行故障分析，提出处理方法。

关键词：发电机 非全相 故障 分析 处理

对于主结线方式采用发电机—变压器组接线方式的大中型汽轮发电机曾多次因主断路器非全相断开（或非全相合上），造成发电机定子电流严重不对称运行，负序电流烧损发电机转子的故障。为了从这类故障中吸收有益的教训，提高运行管理水平，杜绝类似事故的重复发生，在发电机—变压器组接线方式的汽轮发电机，发生主断路器非全相运行时，运行人员及时正确地处理，为此，现将该类故障有关的几个问题分述如下：

一、非全相运行故障的几个共同点

1、结线方式：采用发电机—主变压器组接线方式

2、主变压器接线组别：Y0/△—11，且在非全相时，中性点直接接地。

3、发电机状态（失磁、非全相）：发电机转速接近同步转速，灭磁开关断开，发电机失去励磁。

4、主断路器采用分相操作机构，在发电机解列或并列过程中非全相断开或非全相合上。

二、非全相运行故障时，发电机组运行工况的主要变化

1、由于主断路器一相或两相在合闸状态，致使发电机定子电流严重不对称。

（1）在主断路器一相未断开时（一相运行）电流幅值的变化规律是：比故障相滞后的一相电流为零，其它两相电流基本相等。简要分析如下：不管哪相未断开，之所以发电机侧还有电流，是由于从系统反充电过来的缘故。若C相未断开，A、B相已断开，灭磁开关拉开的情况下，发电机侧（即主变压器的△侧）已无电源，但高压侧（变压器的Y侧）还与系统连着，由于中性点接地C相电流可以流通，C相高压侧电流能在C相低压线圈中感应起电势Ec来。这△侧的C相电势，要产生电流，以发电机为回路流通。在Y0/△—11接线的情况下，在低压侧的线电流中，主要从b相和c相流过（因b、c相组成的回路阻抗较小），且b、c相电流相等，a相电流为零，其大小与发电机、变压器及所连系统的参数有关。

（2）在主断路器两相未断开时，电流幅值的变化规律是：比故障相滞后一相电流最大，其它两相电流基本相等。

简要分析如下：以B、C两相未断开为例。当A相开关已断开时，变压器高压侧（Y0）侧B、C相以及与大地是可以成回路有电流流通的。灭磁开关拉开后，发电机无电势，但变压器△侧b、c两相线圈中都会有高压侧感应过来的电势Eb、Ec。在Eb、Ec作用下，以发电机为回路，在低压侧线路中，三相都会有电流流过。其中b相电流最大，a、c两相电流基本相等。

2、汽轮机打闸后，由于发变组处于非全相及失磁状态下与系统连着，处于稳定的异步电动机不对称运行状态（空载），发电机转速下降不明显。

3、发电机出口电压明显下降。由于发电机失磁、主断路器非全相断开的状态下，发电机变成了一个感性负载，处于稳定的异步电动机的不对称运行状态，从系统吸取大量无功功率，使发电机出口电压明显下降。

4、由于汽轮机打闸，发电机灭磁开关断开，发电机从系统吸收有、无功功率，使发电机有功功率表、无功功率表指示反向。

5、非全相运行时，负序电流产生的负序磁场在转子上产生两倍频率的脉动转矩，使发电机组产生100周/秒的振动。

6、非全相运行时间过久，转子线槽端头铝槽楔会过热熔化，护环嵌装面紧力消失，转子失去平衡，引起机组的强烈振动。

三、发电机转子本体烧损的主要部位和特征

发电机失磁，主断路器非全相断开的状态下，发电机变成了一个感性负载，处于稳定的异步电动机不对称运行状态，从系统吸取大量无功功率，定子电流严重不对称，负序电流很大。该负序电流产生的旋转磁场会在转子各构件中感应产生两倍工频的电流，它集肤效应较强，穿透能力不大，透入深度浅，主要集中转子表面的薄层中，槽楔上的电流比齿上电流大，大齿板面上的电流比小齿上的电流大。

过热烧损的部位主要集中在转子大齿板面，挠性槽的端头、槽楔、齿部、护环嵌装面

等处。轻者能使各结构件表面漆膜变色、烧焦发黑。重者造成护环嵌装面烧损、熔化，失去紧力。护环外移或产生裂纹，端头槽楔熔化甩出，散落在定子膛内，甚至转子失去平衡，引起机组强烈振动。

四、主断路器非全相断开的常见原因

1、断路器液压操作机构内储能器有砂眼漏气，致使油压到零，断路器不能断开。

2、断路器绝缘拉杆上的铝质连接件开裂，操作时主触头未断开，而操作机构动作正常，二次回路位置显示正常。

3、断路器操作回路的合闸线圈接线错误，加在合闸线路两端的电压低，合闸冲力小，有时不能合闸。

4、断路器操作机构检修时一元件装反而拒动，使自动、手动均不能断开。

五、非全相运行故障处理的要点

运行实践证明，发电机—变压器组的非全相运行故障，大多数发生在机组解列、并列的操作过程中，正确地进行机组解列或并列的操作是大幅度地减少因负序电流烧损发电机转子的简单而有效的措施。因此只要遵循保持发电机励磁、稳定机组转速、减少机组出力、控制定子电流的原则，严格按照合理顺序进行操作和调整，完全可以把负序电流控制在允许的范围之内。

1、解列时应遵守的操作顺序是：

（1）降低发电机的有功功率和无功功率，当定子三相电流均接近于零时，断开主断路器。

（2）缓慢地降低发电机转子电流，定子电压亦相应地下降，若在降压过程中，定子电流反而升高，且三相幅值严重不对称，（负序电流表指示较大）说明主断路器非全相断开，这时应增加转子电流，提高定子电压，使三相定子电流控制在最小。

（3）一般采用手动就地打闸，若主断路器仍然不能全相断开，应按现场运行规程规定，将发电机从系统中隔离出来，即拉开该发电机—变压器组所接母线上的其它所有断路器。

（4）关闭汽轮机主汽门停机。

2、并列后加负荷时应遵守的操作顺序是：

（1）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。

（2）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。

（3）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。

（4）关闭汽机主汽门停机。

3、若在发电机并列或解列中，合上或拉开主断路器后，发出“控制回路断线”“油压

异常”等信号以及红绿灯指示不正常时，应立即检查定子三相电流是否正常，如出现严重不对称或负序电流表指示较大超过规定值，应判断为主断路器出现非全相运行。进行相应处理。

4、在运行中若由于保护装置动作或主断路器误动，造成主断路器非全相断开，灭磁开关断开，汽机主汽门关闭，这时发电机失磁进入异步电动机的不对称运行状态，处理故障的操作顺序是：

（1）立即合上灭磁开关，增加转子电流，使发电机进入同步电动机的不对称运行状态。

（2）减少转子电流至空载额定值，使三相电流的不平衡值控制在允许范围之内或最小。

（3）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。

（4）若灭磁开关合不上，主断路器亦不能全相断开，应迅速拉开该发电机—变压器组所按母线上的所有断路器。

5、在运行中若由于保护动作或主断路器误动，造成主断路器非全相断开，灭磁开关断开，而汽机主汽门没有关闭，这时发电机失磁进入异步发电机的不对称运行状态。处理故障的操作顺序是：

（1）立即减少发电机的有功功率，同时合上灭磁开关，增加转子电流，使发电机拉入同步。

（2）减少转子电流至空载额定值，使定子三相电流的不平衡值控制在允许范围之内或

最小。

（3）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。

（4）若灭磁开关合不上，主断路器亦不能全相断开，应迅速拉开该发电机—变压器组所按母线上的所有断路器。

（5）关闭汽机主汽门停机。

6、故障处理时的注意事项

（1）解列停机时，决不可因机组停止运行，放松对盘上各种仪表指示的监视，以致不能及时发现异常情况，造成负序电流烧损发电机转子。

（2）发电机—变压器组接线方式，当主断路器两相断开一相接通时，恢复励磁后，即使发电机达到同步转速，这时，发电机和系统之间只有一相接近，仍处于失步状态，切不可在处理过程中将主断路器合闸。

（3）对主断路器位置状态的判断，应根据主断路器机械指示，盘上仪表指示以及二次回路的信号指示，进行综合分析判断，切不可只根据二次回路的信号指示来判断主断路器的位置状态。

（4）主断路器发生非全相运行时，不要试图对主断路进行消除缺陷的工作，以免延误处理。

六、防止非全相运行故障烧损发电机转子的措施

1、运行维护方面

（1）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。

（2）主断路器非全相运行时，盘上的表计指示会有明显的变化，尤其是三相电流幅值的变化有一定的规律，应根据机组的具体情况，在现场规程中明确指出主断路器非全相运行时，出现的主要异常现象，供运行人员进行综合分析判断。

（3）主断路器非全相运行时，将发电机从系统中隔离出来的处理步骤和操作顺序，应在现场运行规程中明确规定，便于运行人员及时地进行故障处理。

（4）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，便于运行人员正确地完成解列并列的操作。

（5）要严格认真地按照断路器安装和检修工艺要求，提高断路器的安装和检修水平，认真及时地做好日常维护工作，无论是哪种操作机构，当出现异常现象时，要认真进行分析，及时消除缺陷，切不可将表计指示的异常现象或信号，误认为是表计指示失常、不准，而丧失警惕，以致酿成后果。

（6）发电机—变压器组非全相运行时，运行人员应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，以使进行综合分析、判断，制订检查处理对策。

2、设备改进方面

（1）发电机—变压器组结线方式的高压侧主断路器应选用三相联动的操作机构。

（2）发电机加装负序电流表等。

七、由于主断路器非全相开合，发电机—变压器被迫进入非全相运行状态，负序电流烧损发电机转子的威胁确实存在，只要掌握非全相运行机组运行工况的变化规律和特点，正确地进行分析判断，遵循保持发电机励磁、稳定机组转速，减少机组出力，控制定子电流的原则和合理的操作顺序，烧损发电机转子的故障是完全可以避免的。