大型发电机出口断路器冷却系统告警分析

时间：2024-07-28

陈志勇

(广东红海湾发电有限公司，广东汕尾 516600)

0 引言

大型发电机组装设出口断路器具有简化操作程序，提高供电可靠性，增强保护的动作选择性和故障分辨能力等优点。发电机出口断路器冷却系统作为发电机出口断路器的重要组成部分，对发电机出口断路器的安全稳定运行具有至关重要的作用。

广东红海湾发电有限公司一期3、4号机组为2×660 MW燃煤机组，3、4号机组采用发电机-变压器组单元接线，发电机设置出口断路器。出口断路器冷却系统采用风扇冷却，分相设计，每相分为A、B两组冷却风机，由4个轴流风机M01、M02、M03、M04和2个离心风机M05、M06组成，用于冷却出口断路器顶部散热管中的SF6气体。A组冷却风机由2个轴流风机M01、M02和1个离心风机M05组成，B组冷却风机由2个轴流风机M03、M04和1个离心风机M06组成。出口断路器A、B、C三相分别设置一级、二级、三级告警，当某相出现故障时，对应的告警灯点亮。同时，出口断路器每相设置一个复位按钮，当报警灯点亮时，按下面板上的复位按钮，若报警消失则表示故障消失，否则表示报警长期存在，需要进一步检查处理。

1 原理分析

风冷系统的启停原则是当旋转开关在“AUTO”位置时，出口断路器合闸时风冷系统启动，出口断路器分闸时冷却系统停止。两组冷却风机一组运行、另一组备用，24 h自动切换。当旋转开关在“GRA”或“GRB”位置时，则该组风扇长期运行。具体的出口断路器风扇配置见图1。其中M01、M02、M03、M04为轴流式风机，M05、M06为离心式风机。H13、H33、H53为一级告警指示灯，H14、H34、H54为二级告警指示灯。H15、H35、H55为三级告警指示灯。H13、H33、H53为复位按钮，H11和H12为旋转开关指示灯，当旋转开关在“GRA”位置时，H11点亮，在“GRB”位置时，H12点亮，在“AUTO”位置，H11、H12都不亮。

图1 出口断路器风扇配置图

为避免启动风机导致的冲击电流过大现象，设计采取了分相分批启动风机的措施，启动A组冷却风机时，C相风机、B相风机、A相风机分别由时间继电器K70、时间继电器K71、时间继电器K73分别延时0 s、2 s、4 s启动风机；启动B组冷却风机时，C相风机、B相风机、A相风机分别由时间继电器K80、时间继电器K81、时间继电器K83分别延时0 s、2 s、4 s启动风机。

出口断路器冷却系统设有监视风机运行情况的监视回路，实时监测风机，异常运行情况会发出告警，分为一级故障告警、二级故障告警、三级故障告警。图2为出口断路器冷却系统电路原理图，当启动A组冷却风机的C相、B相、A相时，K70、K71、K73动作，当启动B组冷却风机的C相、B相、A相时，K80、K81、K83继电器动作。

图2 出口断路器冷却系统电路原理图

2 应用分析

3、4号机组发电机出口断路器自投运以来，运行情况良好，并未出现任何告警。自2017年起，3、4号机组发电机出口断路器频频出现一级和二级告警。出口断路器冷却系统出现一级、二级、三级告警时，故障相的报警灯点亮，显示故障相回路的风机空气开关、电流继电器或电机本身存在故障，实时联启备用组风机。下面结合两种典型的出口断路器冷却系统告警现象，来分析发电机出口断路器的告警原因，并对处理方法进行总结。

2.1 一级告警

2017年1月16日，运行人员在巡检过程中，发现4号机组发电机出口断路器风冷系统发出一级故障告警，继保人员随即前往现场进行检查。经现场检查，发现4号发电机出口断路器风扇C相一级报警灯亮，B组轴流风机运行正常，A组备用轴流风机已联启，符合一级报警的特征。打开汇控柜检查，发现C相K11、K13继电器线圈吸合，正常时K11、K13继电器不应该吸合。结合图纸进一步检查，发现K25继电器线圈带电，K25继电器常开接点13、14闭合自保持、K25继电器线圈吸合，K11、K13继电器线圈吸合、K01继电器吸合后，经过5 s发一级报警，联启备用轴流风机。图3为一级报警电路原理图，当出现一级报警时，S11闭合，KA10电流继电器触点带电，K25继电器带电自保持，驱动K11、K13继电器闭合，K21继电器闭合，一级报警回路接通，一级报警灯点亮。

图3 一级报警电路原理图

经过检查分析最终确认出口断路器C相一级报警原因KA10继电器或K25继电器故障导致KA10继电器在通电的瞬间，其常闭接点11、12未断开或在K25继电器线圈吸合后，其常闭接点才断开，导致K25继电器带电，从而引发一级告警。确认告警原因后，因机组处于运行状态，无法在线更换继电器，继保人员对C相一级报警进行复位，报警消失。

继保人员利用4号机组检修机会，对4号发电机出口断路器汇控柜内所有继电器进行校验，发现KA10继电器常开接点动作后不能返回，和之前C相一级报警原因分析一致。立即对继电器进行更换，并进行风扇切换试验，风扇运行正常。

2.2 二级告警

2017年7月8日，3号发电机出口断路器冷却系统发出二级告警。经现场检查发现3号发电机出口断路器803开关汇控柜A相A、B两组冷却风机均处于运行状态，控制面板A相二级故障报警。打开汇控柜观察，发现用于检测离心风机一次回路电流的KA55欠电流继电器动作。KA55继电器延时动作后驱动二级故障中间继电器K67动作，并联起了B组M06离心风机。此时，K55与K56继电器均动作，M05与M06离心风机均处于运行状态。

手动按下复归按钮后，二级报警灯熄灭，K67继电器返回。同时，KA55欠流继电器R灯闪烁，经动作延时以后，KA55、K67继电器相继动作，风扇二级报警再次发生。在出口开关本体上面检查M05及M06两台离心风机运行状态，发现两台风机均在运行，但M05电机外壳明显偏热。使用电流钳表测量A组M05离心风机电流，测得A相电流0 A，B相电流4.3 A，C相电流4.3 A。断开M05离心风机动力电源开关Q55，使M05离心风机停运，M06离心风机单独运行。使用万用表测量M05离心风机直阻，A、B相间16 MΩ，A、C相间16 MΩ，B、C相间14 Ω，此时确认KA55欠流继电器动作是因为A组M05离心风机A相中间航空接头接触不良导致缺相。随后，继保人员联系一次人员处理电机缺相问题，处理好后风扇二级报警经复位后消失。手动模拟A、B组冷却风扇切换及M05、M06离心风机切换试验，多次进行切换结果均正常，未再次发生风扇报警问题。图4为二级报警电路原理图，当出现二级报警时，S51接通，KA55电流继电器触点接通，K67继电器闭合，驱动K62继电器闭合，二级报警回路接通，二级报警灯点亮。

图4 二级报警电路原理图

2.3 处理方法总结

从以上两起典型的告警情况，结合广东红海湾发电有限公司3、4号机组发电机出口断路器冷却系统的运行情况来看，冷却系统一级、二级告警较多，三级告警较少。当冷却系统出现告警时，从一次部分和二次部分来检查。一次部分可重点检查电机航空插头、电机本体，二次部分重点检查继电器动作情况以及时间整定和配合问题。

当冷却系统发出一级告警时，重点检查轴流风机空气开关是否在分闸位置、脱扣位置或检查反应轴流风机运行情况的欠流继电器KA1动作情况。

当冷却系统发出二级告警时，重点检查离心风机开关是否在分闸位置、脱扣位置或检查反应轴流风机运行情况的欠流继电器KA2动作情况以及反应离心风机运行情况的欠流继电器KA3动作情况。

当冷却系统发出三级告警时，重点检查离心风机开关是否均在分闸、脱扣位置，检查一级故障联启备用组轴流风机后，反应轴流风机运行情况的欠流继电器KA1情况以及二级故障联启备用离心风机后，反应离心风机运行情况的欠流继电器情况。需要注意的是，冷却系统发出一级告警和二级告警，不影响机组运行，维护人员可按上述方法进行重点检查，当出现三级故障告警时，建议将发电机额定电流降到在14 kA以下，同时密切监视发电机的额定电流，及时查找告警原因消除缺陷，确保机组安全稳定运行[1]。