滅磁開(kāi)關(guān)故障導(dǎo)致轉(zhuǎn)子過(guò)電壓保護(hù)動(dòng)作

李 博，何忠華，錢曉忠，劉淑妍

（國(guó)網(wǎng)新源湖南黑麋峰抽水蓄能有限公司，湖南 長(zhǎng)沙410213）

0 引言

黑麋峰抽水蓄能電站位于湖南省長(zhǎng)沙市望城區(qū)，裝有4臺(tái)單機(jī)300 MW的可逆式抽水蓄能機(jī)組，2010年10月份全部機(jī)組投產(chǎn)，主要承擔(dān)湖南地區(qū)電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻及事故備用。電站投產(chǎn)以來(lái)，充分利用抽水蓄能機(jī)組工況轉(zhuǎn)換靈活、啟動(dòng)迅速的特點(diǎn)，為湖南電網(wǎng)減少常規(guī)水電棄水、晚間填谷發(fā)揮了巨大作用，因此保證機(jī)組水泵工況啟動(dòng)成功率是電站運(yùn)維工作的重點(diǎn)，黑麋峰電站水泵工況啟動(dòng)方式以靜止變頻器（SFC）啟動(dòng)為主，背靠背啟動(dòng)為輔。

1 故障過(guò)程

監(jiān)控系統(tǒng)執(zhí)行抽水調(diào)相開(kāi)機(jī)命令，機(jī)組充氣壓水成功后，監(jiān)控系統(tǒng)向勵(lì)磁系統(tǒng)發(fā)出投入勵(lì)磁命令（脈沖信號(hào)，脈寬2.5 s），勵(lì)磁調(diào)節(jié)器在檢測(cè)到監(jiān)控系統(tǒng)所發(fā)出脈沖信號(hào)的上升沿時(shí)，置“EXC ON”信號(hào)為1，持續(xù)時(shí)間2 s，在此信號(hào)持續(xù)期間，檢測(cè)直流開(kāi)關(guān)分閘位置觸點(diǎn)為1時(shí)，即發(fā)出直流開(kāi)關(guān)合閘命令，使直流開(kāi)關(guān)合閘。直流開(kāi)關(guān)合閘1498.904 ms后跳閘，由于此時(shí)“EXC ON”信號(hào)仍為1，直流開(kāi)關(guān)分閘位置觸點(diǎn)亦為1，調(diào)節(jié)器再次發(fā)出合閘命令，致使直流開(kāi)關(guān)在跳開(kāi)284.909 ms后第2次合閘。合閘后由于轉(zhuǎn)子剩磁產(chǎn)生的沖擊電壓與整流橋輸出電壓疊加作用，致使過(guò)電壓保護(hù)跨接器（-U40）導(dǎo)通（跨接器的觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)間約為2 μs），轉(zhuǎn)子繞組的剩余磁場(chǎng)通過(guò)非線性電阻器（-F31）進(jìn)行滅磁，滅磁過(guò)程中檢流計(jì)（-F50）測(cè)得滅磁電流超過(guò)定值，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器報(bào)“Rotor Overvoltage-crowbar”故障后發(fā)出跳閘信號(hào)，監(jiān)控系統(tǒng)及機(jī)組保護(hù)正常收到跳閘信號(hào)，監(jiān)控系統(tǒng)正常執(zhí)行事故停機(jī)流程。根據(jù)故障錄波圖查詢故障時(shí)刻數(shù)值為：直流開(kāi)關(guān)第2次合閘時(shí)間為1217.74 ms；根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)查詢數(shù)據(jù)曲線可知：轉(zhuǎn)子繞組最大電壓為476.55 V。

在機(jī)組進(jìn)入停機(jī)穩(wěn)態(tài)后，On-call人員現(xiàn)場(chǎng)檢查并復(fù)歸監(jiān)控系統(tǒng)及勵(lì)磁系統(tǒng)報(bào)警，機(jī)組進(jìn)入備用狀態(tài)。

圖1 故障錄波圖形

2 原因分析

根據(jù)故障錄波圖形顯示轉(zhuǎn)子過(guò)電壓產(chǎn)生時(shí)刻為01：23：54.517，監(jiān)控系統(tǒng)顯示過(guò)電壓幅值為476.550 V。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢查情況分析：故障時(shí)直流開(kāi)關(guān)在合閘1498.904 ms后跳閘，借鑒4號(hào)勵(lì)磁開(kāi)關(guān)問(wèn)題經(jīng)驗(yàn)，對(duì)號(hào)3勵(lì)磁開(kāi)關(guān)合閘鎖定裝置上方壓緊彈簧進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)：彈簧靠下側(cè)位置斷裂，且上、下兩部分出現(xiàn)明顯的偏移，根據(jù)胡克定律F=kΔx，彈簧總長(zhǎng)度變短，在固定的行程（在直流開(kāi)關(guān)合閘時(shí)該彈簧作用于鎖定裝置與合閘銜鐵可靠接合所需要的距離）下，彈簧的變形量Δx變小，故壓緊彈簧作用于合閘鎖定裝置上的彈力F變小，使得鎖定裝置不能與合閘銜鐵及時(shí)接合，或接合后搭接深度不足，造成直流開(kāi)關(guān)合閘后跳開(kāi)。

圖2 從合閘鎖定裝置兩側(cè)觀察壓緊彈簧

圖3 拆卸后的壓緊彈簧

直流開(kāi)關(guān)跳閘后：一方面轉(zhuǎn)子繞組剩磁通過(guò)其弧觸頭與非線性滅磁電阻串聯(lián)開(kāi)始滅磁，由于直流開(kāi)關(guān)分閘時(shí)間僅為284.909 ms，故滅磁過(guò)程不能完全消耗轉(zhuǎn)子剩余磁場(chǎng)能量，轉(zhuǎn)子繞組中仍存在剩余磁場(chǎng)；另一方面根據(jù)楞次定律，直流開(kāi)關(guān)分閘后流入與流出轉(zhuǎn)子繞組的直流電流仍與跳開(kāi)前相同，而轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生電勢(shì)的方向與原勵(lì)磁電壓相反；當(dāng)直流開(kāi)關(guān)在合閘脈沖的繼續(xù)作用下再次合閘時(shí)，勵(lì)磁系統(tǒng)整流橋產(chǎn)生的勵(lì)磁電壓與轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生的反方向電勢(shì)相疊加，致使勵(lì)磁回路電壓急劇升高，電壓超過(guò)定值（1800 V）時(shí)跨接器在短時(shí)間（2 μs）內(nèi)迅速動(dòng)作導(dǎo)通，轉(zhuǎn)子繞組通過(guò)跨接回路與非線性電阻相串聯(lián)進(jìn)行再次滅磁，檢流計(jì)（-F50）輸出開(kāi)關(guān)量跳閘信號(hào)至勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，最終使得調(diào)節(jié)器報(bào)“勵(lì)磁系統(tǒng)二級(jí)故障跳閘”，機(jī)組開(kāi)機(jī)失敗。

為了保證勵(lì)磁控制回路無(wú)異常，進(jìn)行以下檢查：

（1）檢查勵(lì)磁系統(tǒng)直流開(kāi)關(guān)分閘控制回路中，分閘線圈D1、D2直流電阻阻值為178.1 Ω、179.5 Ω，線圈無(wú)故障；合閘線圈直流電阻阻值25.1 Ω，線圈無(wú)故障。

（2）檢查勵(lì)磁系統(tǒng)直流開(kāi)關(guān)分閘控制回路中，機(jī)組緊急停機(jī)跳閘用繼電器-K3、-K4本體無(wú)異常，接點(diǎn)動(dòng)作正常，常開(kāi)觸點(diǎn)間絕緣電阻＞50 MΩ，繼電器接線端子緊固。

（3）檢查勵(lì)磁系統(tǒng)直流開(kāi)關(guān)分閘控制回路中，AVR跳閘繼電器-K2本體無(wú)異常，接點(diǎn)動(dòng)作正常，端子緊固。

（4）檢查轉(zhuǎn)子過(guò)電壓保護(hù)裝置（NLR非線性電阻，-U40過(guò)電壓跨接器，-F50檢流計(jì)），各元件外觀無(wú)異常，絕緣測(cè)試符合要求，接線端子緊固無(wú)松動(dòng)。

（5）檢查轉(zhuǎn)子繞組絕緣電阻為84 MΩ，符合運(yùn)行要求。

3 處理過(guò)程

更換斷裂的彈簧，試驗(yàn)正常。

4 暴露問(wèn)題

此前4號(hào)勵(lì)磁直流開(kāi)關(guān)合閘失敗原因?yàn)殒i定裝置上方的壓緊彈簧存在機(jī)械疲勞，而本次3號(hào)勵(lì)磁直流開(kāi)關(guān)合閘失敗原因?yàn)樵搹椈蓹C(jī)械斷裂，暴露出勵(lì)磁系統(tǒng)直流開(kāi)關(guān)鎖定裝置上方的壓緊彈簧存在設(shè)計(jì)缺陷，如彈簧選型、硬度、彈力等問(wèn)題。

5 防范措施

（1）對(duì)廠內(nèi)1號(hào)、2號(hào)、4號(hào)勵(lì)磁直流開(kāi)關(guān)合閘鎖定裝置上方的壓緊彈簧進(jìn)行檢查。

（2）購(gòu)置彈簧備品。

（3）與開(kāi)關(guān)廠家進(jìn)行溝通，探討選擇優(yōu)質(zhì)彈簧。