發(fā)電廠勵(lì)磁變故障分析和保護(hù)配置分析

高永峰 張權(quán) 韓青云 江連囯

摘要：在水力、火力發(fā)電廠中，發(fā)電機(jī)端電氣設(shè)備故是具有較高障率的，具體的故障情況有發(fā)電機(jī)PT故障、發(fā)電機(jī)PT一次保險(xiǎn)故障、發(fā)電機(jī)CT二次回路開路、勵(lì)磁變故障、勵(lì)磁變高壓側(cè)三相短路、主變低壓側(cè)封閉不嚴(yán)進(jìn)水、封閉母線封閉不嚴(yán)進(jìn)水等。上述故障中，最常見的會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)定子接地故障，最嚴(yán)重的是勵(lì)磁變高壓側(cè)發(fā)生三相短路，將導(dǎo)致發(fā)電機(jī)設(shè)備損壞。本文以北方公司下屬某電廠#6機(jī)660MW超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組發(fā)電機(jī)跳機(jī)事故為例，對發(fā)電機(jī)端出現(xiàn)的故障進(jìn)行分析;對故障發(fā)現(xiàn)后所進(jìn)行故障處理，進(jìn)行相關(guān)參數(shù)試驗(yàn);對日常檢修工作中暴露的安全生產(chǎn)管理、人員管理等問題進(jìn)行分析;對暴露的問題從崗位責(zé)任、人員管理、事故缺陷問題剖析、工作制度等幾個(gè)方面進(jìn)行整改;對發(fā)電機(jī)端進(jìn)行保護(hù)配置，監(jiān)測發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)情況，發(fā)現(xiàn)問題解決問題，減少經(jīng)濟(jì)損失。

關(guān)鍵詞：電氣設(shè)備? 勵(lì)磁變壓器? 故障? 設(shè)備損壞

Analysis of Fault Analysis and Protection Configuration of Excitation Transformer in Power Plant

GAO Yonggfeng1? ZHANG Quan1? HAN Qingyun2? JIANG Lianguo2

（1.Inner Mongolia Shangdu Power Generation Co.， Ltd.， Xilinhot， Inner Mongolia Autonomous Region， 027200 China; 2.Xilin Gol Thermal Power Co.， Ltd.， Xilinhot， Inner Mongolia Autonomous Region， 026000 China）

Abstract： In hydraulic and thermal power plants， generator terminal electrical equipment is with high disability rate. The specific fault conditions include generator PT fault， generator PT primary insurance fault， generator CT secondary circuit open circuit， excitation transformer fault， three-phase short circuit at the high-voltage side of excitation transformer， lax water inlet at the low-voltage side of main transformer， lax water inlet at the enclosed bus， etc. Among the above-mentioned faults， the most common one will cause a generator stator ground fault， and the most serious one is a three-phase short circuit on the high voltage side of the excitation transformer， which will cause damage to the generator equipment. In this paper， the generator jump accident of unit 6 660MW supercritical coal-fired generator set in a subordinate power plant of North Company is taken as an example to analyze the failure of generator end. Conduct relevant parameter test for fault treatment after fault discovery; Analyze the safety production management， personnel management and other problems exposed in the daily maintenance work; Rectify the exposed problems from the aspects of post responsibility， personnel management， accident defect analysis， work system， etc; Protect the generator terminal， monitor the operation of the generator， find problems， solve problems and reduce economic losses.

Key Words： Electrical equipment; Excitation transformer; Failure; Equipment damage

1? 勵(lì)磁變壓器概述

隨著科技進(jìn)步，我國工業(yè)化進(jìn)程的快速提高，對電力資源的需求量越來越大，至此電廠的大容量機(jī)組的需求也迫在眉睫。發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)作為發(fā)電廠的一個(gè)起機(jī)的重要部分，發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁方式已由原有的交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁方式轉(zhuǎn)變?yōu)殪o止自勵(lì)勵(lì)磁方式，勵(lì)磁變壓器作為靜止自勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，勵(lì)磁變備受供應(yīng)商和電廠運(yùn)行檢修部門的重視。因?yàn)閯?lì)磁變一旦出現(xiàn)故障，會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)停機(jī)，并且要進(jìn)行長時(shí)間故障搶修及事故分析，有時(shí)甚至還會(huì)造成設(shè)備損壞等一系列問題，直接影響到電廠的正常運(yùn)營產(chǎn)能，也影響到用電企業(yè)的正常生產(chǎn)^[1]。目前，電廠中的勵(lì)磁系統(tǒng)中的勵(lì)磁變壓器的絕緣方式主要有樹脂澆筑干式、無堿玻璃纏繞干式變壓、MORA型干式變壓器、NOMEX型干式變壓器、新型合成脂油浸變壓器5種絕緣方式。勵(lì)磁變壓器可以穩(wěn)定電力系統(tǒng)正常運(yùn)行，抑制或者消除電力系統(tǒng)受到干擾時(shí)穩(wěn)定同步電機(jī)轉(zhuǎn)速，保證同步電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定;可以保持發(fā)電機(jī)在增負(fù)荷或者甩負(fù)荷的過程中保持發(fā)電機(jī)端電壓穩(wěn)定，進(jìn)而保證供電質(zhì)量;可以使發(fā)電機(jī)功率極限和電力系統(tǒng)傳輸功率得到提高;可以減緩系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，通過勵(lì)磁調(diào)節(jié)使得短路電流衰減緩慢，進(jìn)而提高保護(hù)裝置動(dòng)作的可靠性;可以平衡并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)各臺(tái)發(fā)電機(jī)之間的無功功率，通過使用勵(lì)磁變壓器合理分擔(dān)系統(tǒng)所需無功。通過上述種種作用，可以看出勵(lì)磁變壓器作為勵(lì)磁系統(tǒng)的重要部件，對發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行、設(shè)備保護(hù)、節(jié)約能源有著重要作用^[2]。

2 案例分析設(shè)備簡況

電廠#6機(jī)組為660MW 超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組，配置哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司設(shè)計(jì)、制造的HG-2141/25.4-HM15 型超臨界變壓運(yùn)行直流鍋爐，鍋爐形式為一次再熱、單爐膛、四墻切圓燃燒方式、尾部雙煙道結(jié)構(gòu)、采用煙氣擋板調(diào)節(jié)再熱汽溫、固態(tài)排渣、平衡通風(fēng)、全鋼構(gòu)架、密閉布置、全懸吊結(jié)構(gòu)Π型爐。汽輪機(jī)為東方汽輪機(jī)廠引進(jìn)日本日立公司的技術(shù)設(shè)計(jì)和制造的，型號為NZK660-24.2/566/566，型式為超臨界、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、直接空冷凝汽式汽輪機(jī)。發(fā)電機(jī)是東方電機(jī)股份有限公司引進(jìn)日本日立公司（HITACHI）技術(shù)制造的QFSN-660-2-22型，發(fā)電機(jī)為汽輪機(jī)直接拖動(dòng)的隱極式、二極、三相同步發(fā)電機(jī)，采用水氫氫冷卻方式、定子繞組采用水內(nèi)冷方式、轉(zhuǎn)子繞組和定子鐵芯用氫內(nèi)冷方式。

3? 事故分析

3.1? 事故前工況

2021年07月31日04：39 #6機(jī)組負(fù)荷335MW，#1、3、4、5、7制粉系統(tǒng)運(yùn)行，#1凝泵變頻運(yùn)行，#1、2給水泵運(yùn)行，#1、2引、送、一次風(fēng)機(jī)運(yùn)行。

3.2? 事件經(jīng)過

2021年7月31日04：40：03發(fā)變組跳閘，汽輪機(jī)跳閘，鍋爐滅火。發(fā)變組跳閘首出為“發(fā)電機(jī)電子接地保護(hù)”動(dòng)作，汽輪機(jī)跳閘首出為“發(fā)變組保護(hù)動(dòng)作”，鍋爐滅火首出為“汽輪機(jī)跳閘”。就地檢查發(fā)現(xiàn)勵(lì)磁變高壓側(cè)與CT軟連線線鼻子壓接頭燒斷。

3.3? 原因分析

現(xiàn)場檢查情況：事件發(fā)生后就地檢查發(fā)現(xiàn)勵(lì)磁變高壓側(cè)與CT軟連線線鼻子壓接頭燒斷，檢查放電處無雜物掉落的殘跡。經(jīng)做勵(lì)磁變高壓側(cè)CT及勵(lì)磁變本體試驗(yàn)無異常，檢查A、B兩項(xiàng)同一位置，發(fā)現(xiàn)A、B相此處線鼻子接線未壓緊，具體見圖1所示，從而判斷C相此處燒斷也是由于線鼻子未壓緊，接線松動(dòng)過熱燒損拉弧放電，具體見圖2所示。

3.4? 故障曲線分析情況

2021年07月31日04時(shí)40分01秒957，機(jī)組故錄顯示發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓U_a=84.556V，U_b=92.209V，U_c=12.686V，發(fā)電機(jī)出口零序電壓由0V突變至93.476V，發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)零序電壓由0V突變至121V，中性點(diǎn)電流由0A突變至1.173A，C相機(jī)端電壓降低，此時(shí)發(fā)生C相接地短路。04時(shí)40分02秒982，發(fā)變組保護(hù)A套和B套均報(bào)定子接地保護(hù)動(dòng)作，機(jī)組解列，04時(shí)40分03秒024，10KV廠用電切換成功。具體勵(lì)磁變差動(dòng)保護(hù)定值見表1所示，具體RCS-985B勵(lì)磁后備保護(hù)定值見表2所示。

4.1? 勵(lì)磁變高壓側(cè)C相CT試驗(yàn)

（1）絕緣電阻：>100G?合格。

（2）交流耐壓：試驗(yàn)電壓59kV，耐壓1min，試驗(yàn)合格。

（3）變比及伏安特性試驗(yàn)：電流互感器銘牌變比300/5，實(shí)測4組變比分別為300/5.02、300/5.01、300/5.01、300/5.01;保護(hù)級兩組線圈伏安特性曲線平滑，拐點(diǎn)電壓、拐點(diǎn)電流分別為91.312Urms、0.0889Arms，91.079Urms、0.0894Arms，試驗(yàn)合格。

4.2? 勵(lì)磁變試驗(yàn)

（1）勵(lì)磁變高低壓側(cè)絕緣。高壓側(cè)100GΩ，低壓側(cè)100MΩ，試驗(yàn)合格。

（2）勵(lì)磁變高低壓側(cè)直阻。高壓側(cè)：AB為388.6m?;BC為388.5m?;AC為388.4m?;低壓側(cè)：ab為0.3615m?;bc為0.3610m?;ac為0.3593m?;試驗(yàn)合格。

總結(jié)：在04時(shí)40分01秒957時(shí)，勵(lì)磁變高壓側(cè)C相與CT軟連線線鼻子壓接頭燒斷，拉弧引發(fā)接地故障，致使發(fā)變組定子接地保護(hù)動(dòng)作。

5? 暴露問題及防護(hù)措施

具體暴露問題如下。

（1）安全生產(chǎn)責(zé)任制落實(shí)不到位。對設(shè)備的管理不深不細(xì)。對全廠勵(lì)磁變CT類似的接頭接線存在的風(fēng)險(xiǎn)認(rèn)識不足。在歷次檢修中沒有認(rèn)真檢查，設(shè)備責(zé)任人沒有盡到職責(zé)。

（2）生產(chǎn)管理基礎(chǔ)不扎實(shí)，技術(shù)監(jiān)督管理存在漏洞，對電纜接線鼻子的壓接工藝重要性認(rèn)識不足，在歷年的機(jī)組檢修中未組織人員對電纜接線鼻子的壓接情況開展全面的技術(shù)監(jiān)督檢查。

（3）隱患排查工作不到位，對高壓電纜接頭存在的隱患排查管理不細(xì)，未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)#6機(jī)組勵(lì)磁變CT軟連接線存在的線鼻子壓接工藝不合格隱患。

（4）檢修管理不到位，機(jī)組狀態(tài)檢修工作開展不細(xì)，流于形式，工作不嚴(yán)謹(jǐn)，對電纜接頭測溫工作抓得不實(shí)，相關(guān)檔案及測溫記錄不全面。具體防范措施如下。

第一，加強(qiáng)責(zé)任制落實(shí)，嚴(yán)格各級生產(chǎn)管理人員職責(zé)，提高“設(shè)備治理提升年”的管理水平。

第二，生產(chǎn)管理部、檢修部電氣檢修隊(duì)加強(qiáng)管理，認(rèn)真落實(shí)人員責(zé)任，做好技術(shù)監(jiān)督工作和反事故技術(shù)措施。

第三，將#6機(jī)組勵(lì)磁變CT軟連接線更換為新型無接頭銅排連接。同時(shí)要舉一反三開展設(shè)備隱患排查治理工作，利用機(jī)組檢修機(jī)會(huì)，對全廠高壓電纜接頭進(jìn)行逐項(xiàng)排查，發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患要及時(shí)處理、徹底消除，避免類似不安全事件再次發(fā)生。

第四，加強(qiáng)檢修管理，完善狀態(tài)檢修工作。電氣專業(yè)增加電纜接頭檢查項(xiàng)目，分別對#1-6機(jī)組高壓電纜接頭建立檔案。做好定期巡檢測溫工作，完善測溫記錄。其他各專業(yè)以此為鑒，嚴(yán)細(xì)風(fēng)險(xiǎn)隱患排查，完善機(jī)組檢修策劃和狀態(tài)檢修工作^[3]。

6? 保護(hù)配置

為了切實(shí)保護(hù)勵(lì)磁變壓器尤其是發(fā)電機(jī)，要充分重視勵(lì)磁變壓器保護(hù)的投用及定值的整定。當(dāng)前北方公司下屬某電廠委托北京中恒博瑞數(shù)字電力科技有限公司計(jì)算保護(hù)定值正在實(shí)施中，北方公司下屬某電廠應(yīng)與之溝通，按照華能集團(tuán)生產(chǎn)部的意見，投入勵(lì)磁變的快速保護(hù)（差動(dòng)、電流速斷）^[4]，勵(lì)磁變保護(hù)及定值參考原則如下。

（1）當(dāng)勵(lì)磁變壓器保護(hù)裝置分別設(shè)有差動(dòng)（含差動(dòng)速斷）、速斷、過流、過負(fù)荷保護(hù)時(shí)，上述保護(hù)均應(yīng)整定投入。

（2）盡可能采用勵(lì)磁變壓器差動(dòng)保護(hù)作為主保護(hù)，應(yīng)適當(dāng)提高差動(dòng)啟動(dòng)電流值，按（0.6～0.8）In整定為宜，建議按0.8In整定，以防止誤動(dòng);差動(dòng)速斷保護(hù)動(dòng)作電流值，按（8～10）In整定為宜，建議按8In整定;出口方式：全停、啟動(dòng)失靈、切換廠用電。

（3）采用勵(lì)磁變壓器速斷保護(hù)作為主保護(hù)，動(dòng)作電流I_op.I按最大運(yùn)行方式下躲過勵(lì)磁變低壓側(cè)三相短路條件整定，動(dòng)作時(shí)限取t_op.I=0s;出口方式：“全停、啟動(dòng)失靈、切換廠用電”。

（4）采用勵(lì)磁變壓器過流保護(hù)作為后備保護(hù)，動(dòng)作電流I_op.II按躲過發(fā)電機(jī)強(qiáng)勵(lì)條件整定，靈敏度按發(fā)電機(jī)未并列時(shí)勵(lì)磁變低壓側(cè)兩相短路計(jì)算，靈敏系數(shù)K_sen≥1.5;其動(dòng)作時(shí)限與差動(dòng)、速斷保護(hù)動(dòng)作時(shí)限0s配合，取t_op.II=0.5s;出口方式：全停、啟動(dòng)失靈、切換廠用電。

（5）勵(lì)磁變過負(fù)荷保護(hù)，動(dòng)作電流I_op按勵(lì)磁變額定電流下可靠返回條件整定，動(dòng)作時(shí)限按躲強(qiáng)勵(lì)時(shí)間10s整定，取t_op=10+1=11s;出口方式：發(fā)信^[5-6]。

7? 結(jié)語

設(shè)備中，勵(lì)磁變是最薄弱點(diǎn)，勵(lì)磁變由于工作電壓高、功率大、發(fā)熱嚴(yán)重，導(dǎo)致勵(lì)磁變本身故障率較高。勵(lì)磁變一旦發(fā)生絕緣故障，對勵(lì)磁變采用三相一體的30萬機(jī)組，勵(lì)磁變故障容易發(fā)展成發(fā)電機(jī)相間短路的嚴(yán)重故障，造成嚴(yán)重設(shè)備損失。60萬及以上機(jī)組雖然采用單相勵(lì)磁變組接線方式，但勵(lì)磁變故障仍然存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn)。

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