勵(lì)磁系統(tǒng)故障導(dǎo)致發(fā)電機(jī)定子過負(fù)荷跳閘原因分析

陳劍楊

(廣東省粵電集團(tuán)有限公司粵連電廠，廣東 連州 513400)

0 引言

某電廠共有4臺(tái)機(jī)組，一期#1，#2機(jī)組發(fā)電機(jī)為125MW汽輪發(fā)電機(jī)，二期#3，#4機(jī)組發(fā)電機(jī)為135 MW汽輪發(fā)電機(jī)，均為上海汽輪發(fā)電機(jī)公司生產(chǎn)的雙水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)，#3機(jī)組于2003年投運(yùn)。2011－05－28，由于勵(lì)磁調(diào)節(jié)器中的同步變壓器故障，導(dǎo)致#3機(jī)組發(fā)電機(jī)失磁，吸收系統(tǒng)無功功率，引起發(fā)電機(jī)定子過負(fù)荷保護(hù)動(dòng)作，機(jī)組跳閘并與系統(tǒng)解列。

1 事故經(jīng)過

2011－05－27，一期#1，#2機(jī)組停機(jī)檢修，二期#3，#4發(fā)電機(jī)連接于220kV母線正常運(yùn)行。#3機(jī)組發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行，定子電壓:A相15.93 kV，B相15.97 kV，C相16.00 kV;定子電流:A相4730.0 A，B相4 830.0 A，C相4 730.0 A;有功功率130.00 MW，無功功率16.00 MV·A;勵(lì)磁電壓190 V，勵(lì)磁電流1235.0 A。

2011－05－27 T 23:36，#3機(jī)組發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓由15.80kV突升至16.72kV，定子電流由4400.0 A突升至4 700.0 A，無功功率由2.13 MV·A突升至81.24 MV·A(額定無功功率為83.67 MV·A)，勵(lì)磁電壓由170V突升至268V，勵(lì)磁電流由1123.0 A突升至1578.0 A，廠用6 kV母線電壓由6.47 kV突升至6.90 kV。運(yùn)行人員檢查發(fā)現(xiàn)，#3機(jī)組發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器A主B從運(yùn)行，A，B套勵(lì)磁調(diào)節(jié)器觸發(fā)角分別為108°和80°，其他參數(shù)無異常;陽(yáng)極電壓表指示0.30 kV(正常為0.55 kV);測(cè)量勵(lì)磁調(diào)節(jié)器中同步變壓器輸入電壓，Uab=550 V，Ubc=548 V，Uca=549 V，輸出電壓 Uab=85 V，Ubc=136 V，Uca=76 V;輸出電壓，A相對(duì)地38 V，B相對(duì)地67 V，C相對(duì)地65 V。檢修人員認(rèn)為，#3機(jī)組勵(lì)磁調(diào)節(jié)器同步變壓器A相輸出故障引起勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)異常，同步變壓器Ubc電壓正常(A套調(diào)節(jié)器采用同步變壓器電壓為Uab，B套調(diào)節(jié)器采用的同步變壓器電壓為Ubc)，A套調(diào)節(jié)器觸發(fā)角漂移嚴(yán)重，B套調(diào)節(jié)器各參數(shù)正常。因此，將#3發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器切至B套運(yùn)行。

2011－05－28 T 20:17，#3機(jī)組警鈴、事故喇叭響，機(jī)組控制 (BTG)盤亮“失磁解列、失磁切廠用電、失磁減出力、定子過負(fù)荷、斷路器故障跳閘”光字牌，#3機(jī)組發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)解列、聯(lián)動(dòng)汽輪機(jī)跳閘、鍋爐主燃料跳閘(MFT)。

2 處理過程

20:29，根據(jù)#3機(jī)組發(fā)電機(jī)跳閘保護(hù)動(dòng)作情況，認(rèn)為是#3機(jī)組發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器同步變壓器出現(xiàn)兩相故障引起，無備品更換，#3機(jī)組停機(jī)處理。

22:35，檢修人員通過分析發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器廠家設(shè)計(jì)圖紙，發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器同步變壓器二次側(cè)均接至調(diào)節(jié)器接口板輸入端子上，二期發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)器接口板比一期發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)器接口板多1個(gè)200/24的中間變壓器，即一期、二期發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器接入的同步電壓最終均為24V。咨詢廠家技術(shù)人員:可否將一期發(fā)電機(jī)(停機(jī)檢修)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器550/24同步變壓器拆至#3機(jī)組發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，同時(shí)取消#3機(jī)組發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器接口板上的200/24的中間變壓器，將中間變壓器的原邊及副邊短接。生產(chǎn)廠家有關(guān)人員答復(fù)為理論上可行，但沒有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，建議更換同步變壓器后，在開機(jī)升至空載額定電壓時(shí)，檢查A，B套調(diào)節(jié)器參數(shù)，如觸發(fā)角能正常跟蹤，則調(diào)節(jié)器可正常運(yùn)行。拆下#2機(jī)組發(fā)電機(jī)(停機(jī)檢修)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器同步變壓器后做變比試驗(yàn)，確定變化為600/150后，更換到#3機(jī)組發(fā)電機(jī)，并調(diào)整勵(lì)磁調(diào)節(jié)器接口板接線。

2011－05－29 T 04:33，將#3機(jī)組發(fā)電機(jī)升壓至額定值后檢查定子三相電流，電流接近于零，定子三相電壓平衡，轉(zhuǎn)子空載電流、電壓及A，B套勵(lì)磁調(diào)節(jié)器參數(shù)均符合要求，#3機(jī)組發(fā)電機(jī)A，B套勵(lì)磁調(diào)節(jié)器主、從切換正常;測(cè)量勵(lì)磁調(diào)節(jié)器同步變壓器一次、二次電壓正常(一次電壓550 V、二次電壓137 V)，將#3機(jī)組發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)自動(dòng)準(zhǔn)同期并列。至此，#3機(jī)組發(fā)電機(jī)恢復(fù)正常運(yùn)行。

3 原因分析

(1)查#3機(jī)組發(fā)電機(jī)的熱工分散控制系統(tǒng)(DCS)報(bào)警記錄及趨勢(shì)曲線記錄。

2011－05－28 T 20:17:16，DCS上發(fā)出“欠勵(lì)動(dòng)作、定子過流”報(bào)警信號(hào);發(fā)電機(jī)無功功率由16.00 MV·A下降至－30.81 MV·A，向系統(tǒng)吸收無功功率;勵(lì)磁電流由1 235.0 A下降至877.6 A。說明#3機(jī)組發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器同步變壓器故障開始惡化，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器已不能正常工作，發(fā)電機(jī)開始進(jìn)入失磁狀態(tài)。

20:17:17，發(fā)電機(jī)定子電流由4 700.0 A升至6700.0 A(額定值為5822.0 A);發(fā)電機(jī)定子電壓由15.91 kV下降至13.98 kV，最低降至8.87 kV;發(fā)電機(jī)無功功率降至－77.4 MV·A，最大吸收無功功率達(dá)到－185.4 MV·A;有功負(fù)荷出現(xiàn)劇烈擺動(dòng)，最高瞬時(shí)值達(dá)到196.8 MW(根據(jù)當(dāng)時(shí)的發(fā)電機(jī)定子電流及定子電壓計(jì)算，此時(shí)的有功功率并不是真實(shí)值，檢修人員分析認(rèn)為是DCS瞬時(shí)采樣的發(fā)電機(jī)定子電壓與定子電流不在同一時(shí)刻造成)，最低65 MW;發(fā)電機(jī)定子電流最高達(dá)到7100.0 A，為額定電流的1.2倍;20 kV母線最低由235.2 kV電壓降至221.8 kV;廠用6 kV A，B段母線電壓最低分別降至3.48和3.47 kV，#3機(jī)組運(yùn)行輔機(jī)出現(xiàn)過流。

20:17:35，#3機(jī)組發(fā)電機(jī)定子過負(fù)荷保護(hù)動(dòng)作跳閘，#3機(jī)組發(fā)電機(jī)變壓器組出口開關(guān)及滅磁開關(guān)跳閘，汽輪機(jī)聯(lián)跳，鍋爐MFT，失磁持續(xù)時(shí)間為19 s。

(2)查#3機(jī)組發(fā)電機(jī)保護(hù)柜內(nèi)保護(hù)動(dòng)作信號(hào)。A1柜保護(hù)顯示為:減出力、定子過負(fù)荷、定子過負(fù)荷I段、定子過負(fù)荷反時(shí)限、逆無功;A2柜保護(hù)顯示為:短路后備1、失磁1。從保護(hù)柜內(nèi)保護(hù)動(dòng)作情況看，失磁保護(hù)T1動(dòng)作，發(fā)出了減出力信號(hào)，但T2，T3保護(hù)并未達(dá)到時(shí)限動(dòng)作;動(dòng)作的保護(hù)為定子過負(fù)荷保護(hù)。

(3)查#3機(jī)組發(fā)電機(jī)變壓器組故障錄波器，#3機(jī)組發(fā)電機(jī)變壓器組保護(hù)動(dòng)作信號(hào)顯示為:定子過負(fù)荷保護(hù)動(dòng)作。

(4)對(duì)更換下來的#3機(jī)組勵(lì)磁調(diào)節(jié)器同步變壓器進(jìn)行檢測(cè)，二次側(cè)Ucb無電壓輸出，確認(rèn)同步變壓器損壞。

(5)查生產(chǎn)廠家設(shè)計(jì)圖紙得知，#3，#4機(jī)組發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器同步變壓器為三相式，變比為800/200。#1，#2機(jī)組發(fā)電機(jī)同步變壓器為單相式，變比為550/24，不能通用。同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)檢查#1機(jī)組發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器同步變壓器及一期倉(cāng)庫(kù)備品銘牌上標(biāo)識(shí)，變比均為550/24。因此，檢修人員判斷#2機(jī)組發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器同步變壓器變比也是550/24。在后來的事故處理中，對(duì)拆下的#2機(jī)組發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器同步變壓器做變比試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)實(shí)際變比與設(shè)計(jì)圖紙及班組現(xiàn)有備品變比不符。到該變壓器廠家網(wǎng)站查詢發(fā)現(xiàn)，#2機(jī)組發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器該型號(hào)同步變壓器的實(shí)際變比為600/150。

4 暴露的問題

(1)#3機(jī)組發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器同步變壓器兩相輸出電壓異常，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器失去同步信號(hào)無法正常工作，導(dǎo)致勵(lì)磁調(diào)節(jié)器無輸出，引起#2機(jī)組發(fā)電機(jī)失磁，機(jī)端電壓嚴(yán)重下降，大量吸收系統(tǒng)無功功率并發(fā)展為發(fā)電機(jī)失步振蕩，最終導(dǎo)致#3機(jī)組發(fā)電機(jī)定子過負(fù)荷保護(hù)動(dòng)作，這是造成此次#3機(jī)組發(fā)電機(jī)跳閘的直接原因。

(2)檢修人員在#3機(jī)組發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器同步變壓器A相出現(xiàn)故障后，在倉(cāng)庫(kù)沒有備品的情況下，只核對(duì)了#1機(jī)組發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器同步變壓器(不能更換)，而未認(rèn)真核對(duì)#2機(jī)組發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器同步變壓器，便主觀地認(rèn)為:一期發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的同步變壓器均不適用于#3機(jī)組發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)，只有購(gòu)買備品才能更換。導(dǎo)致#3機(jī)組發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器同步變壓器故障在運(yùn)行中惡化，這是造成此次#3機(jī)組發(fā)電機(jī)在運(yùn)行中發(fā)生跳閘事故的原因之一。

5 防范措施

(1)將#3，#4機(jī)組發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器三相式同步變壓器改為2個(gè)獨(dú)立的單相變壓器，一用一備，以進(jìn)一步降低因同步變壓器故障造成勵(lì)磁調(diào)節(jié)器無輸出而引起發(fā)電機(jī)失磁的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)便于在運(yùn)行中對(duì)單個(gè)同步變壓器故障進(jìn)行處理。

(2)對(duì)于圖紙與現(xiàn)場(chǎng)不符合的設(shè)備，及時(shí)修改。通過此次事故，必須吸取教訓(xùn)，認(rèn)真、全面地進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢查與核對(duì)，不能憑主觀推測(cè)進(jìn)行判斷，避免類似事件再次發(fā)生。