某水電廠勵(lì)磁系統(tǒng)跨接器故障分析

姜 巍

某水電廠勵(lì)磁系統(tǒng)跨接器故障分析

姜 巍

（廣西廣投智能科技有限公司，南寧 530200）

本文對(duì)一起機(jī)組起勵(lì)時(shí)滅磁電阻嚴(yán)重?zé)龎牟⒆罱K導(dǎo)致停機(jī)的事故進(jìn)行分析，查找出滅磁電阻嚴(yán)重?zé)龎牡脑?。通過(guò)一系列試驗(yàn)，模擬機(jī)組起勵(lì)停機(jī)過(guò)程，證明此次故障是由于機(jī)械跨接器在實(shí)際運(yùn)行中存在缺陷造成的。最后，為防止此類(lèi)事故再次發(fā)生，提出相關(guān)技術(shù)改造意見(jiàn)，以保證勵(lì)磁系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

跨接器故障；滅磁開(kāi)關(guān)；滅磁電阻

0 引言

某水電廠勵(lì)磁系統(tǒng)于2017年初完成升級(jí)改造，采用EXC9000系列勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，共配置一面調(diào)節(jié)器柜、三面整流柜和一面滅磁柜，非線(xiàn)性滅磁電阻的材料為碳化硅，機(jī)組采用自并勵(lì)勵(lì)磁方式[1]。事故發(fā)生于4號(hào)機(jī)組C級(jí)檢修完成后的起動(dòng)試驗(yàn)期間，當(dāng)時(shí)全廠總有功負(fù)荷為430MW。

1 滅磁開(kāi)關(guān)及跨接器介紹

4號(hào)機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)滅磁回路跨接器原理如圖1所示，其中QFG為滅磁開(kāi)關(guān)，Rotor為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，GB為碳化硅滅磁電阻，MC60為機(jī)械跨接器，V71為電子跨接器，AP62為電子跨接器控制模塊，BA61為電流互感器。BA61用于檢測(cè)流經(jīng)滅磁電阻的電流，當(dāng)通過(guò)2A及以上電流時(shí)，監(jiān)控上位機(jī)報(bào)勵(lì)磁過(guò)電壓保護(hù)信號(hào)。滅磁電阻和跨接器并聯(lián)在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子兩端，然后串接滅磁開(kāi)關(guān)。在設(shè)計(jì)時(shí)，跨接器部分沒(méi)有采用典型的電子跨接器，而是為了可靠起見(jiàn)，使用電子跨接器和機(jī)械跨接器的組合。當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子受到反向過(guò)電壓作用時(shí)，例如正常跳滅磁開(kāi)關(guān)時(shí)，機(jī)械跨接器MC60動(dòng)作，滅磁電阻GB與轉(zhuǎn)子構(gòu)成回路，吸收轉(zhuǎn)子過(guò)剩能量，以對(duì)轉(zhuǎn)子起到保護(hù)作用；當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子受到正向過(guò)電壓作用時(shí)，晶閘管V71-VT1導(dǎo)通。跨接器的作用，就是將多余能量轉(zhuǎn)移到滅磁電阻吸收，以保護(hù)轉(zhuǎn)子。

圖1 4號(hào)機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)滅磁回路跨接器原理

滅磁開(kāi)關(guān)跳閘的具體情況有：①收到跳閘令；②流過(guò)滅磁開(kāi)關(guān)電流超過(guò)整定值[2-3]。當(dāng)正常停機(jī)或者因保護(hù)動(dòng)作導(dǎo)致機(jī)組停機(jī)時(shí)，滅磁回路的工作情況是：滅磁開(kāi)關(guān)QFG收到跳閘令后跳開(kāi)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子Rotor產(chǎn)生反向過(guò)電壓，機(jī)械跨接器MC60合閘，或者電子跨接器控制模塊控制晶閘管V71-VT2和V71-VT3導(dǎo)通，滅磁電阻GB導(dǎo)通，將轉(zhuǎn)子上剩余的能量轉(zhuǎn)移至滅磁電阻吸收[4]。當(dāng)滅磁開(kāi)關(guān)收到合閘令時(shí)，滅磁開(kāi)關(guān)合閘，機(jī)械跨接器跳閘，電子跨接器控制模塊控制晶閘管V71-VT2和V71-VT3停止導(dǎo)通，滅磁電阻電路回路斷開(kāi)，發(fā)電子轉(zhuǎn)子正常投入[5-6]。當(dāng)正在運(yùn)行的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子由于外部故障等影響受到正向過(guò)電壓作用時(shí)，晶閘管V71-VT1導(dǎo)通，多余能量同樣轉(zhuǎn)移到滅磁電阻回路吸收，正向過(guò)電壓消失，晶閘管V71-VT1閉合，滅磁電阻回路斷開(kāi)，轉(zhuǎn)子保持正常運(yùn)行。

2 事故過(guò)程簡(jiǎn)述

11月24日，某水電廠4號(hào)機(jī)組進(jìn)入檢修后起動(dòng)試驗(yàn)階段。15:12，將4號(hào)機(jī)自動(dòng)開(kāi)機(jī)至空載；15:13，監(jiān)控下空載令；15:14:57，監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)發(fā)出“4號(hào)機(jī)勵(lì)磁過(guò)電壓保護(hù)動(dòng)作”信號(hào)；15:15:12，4號(hào)機(jī)上位機(jī)報(bào)“勵(lì)磁功率柜故障”；15:15:19，出現(xiàn)“4號(hào)機(jī)勵(lì)磁強(qiáng)勵(lì)動(dòng)作”的信號(hào)；15:15:21，滅磁開(kāi)關(guān)分閘；15:15:25，機(jī)組停機(jī)。

事件發(fā)生時(shí)，在場(chǎng)試驗(yàn)人員聽(tīng)到4號(hào)勵(lì)磁系統(tǒng)屏柜有異常聲音，經(jīng)查看發(fā)現(xiàn)勵(lì)磁系統(tǒng)非線(xiàn)性電阻柜冒煙并伴有異味，滅磁開(kāi)關(guān)分閘后機(jī)械跨接器仍然處于合閘位置，碳化硅滅磁電阻發(fā)熱嚴(yán)重，有明顯的灼燒痕跡。

11月24日晚維護(hù)班組更換滅磁電阻備件。11月25日上午，勵(lì)磁系統(tǒng)廠家到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)檢查勵(lì)磁裝置，顯示屏報(bào)過(guò)電壓保護(hù)動(dòng)作、強(qiáng)勵(lì)動(dòng)作、三面功率柜均出現(xiàn)了+C相斷流動(dòng)作信號(hào)；原4號(hào)機(jī)組勵(lì)磁滅磁柜滅磁電阻好壞未知、機(jī)械跨接器處于合閘狀態(tài)，同時(shí)發(fā)現(xiàn)連桿的一個(gè)螺釘脫掉，其他部分無(wú)異常。重新安裝機(jī)械跨接器操作連桿的活動(dòng)連接螺桿。

3 事故過(guò)程分析

初步分析事件原因是4號(hào)機(jī)組開(kāi)機(jī)時(shí)，機(jī)械跨接器在滅磁開(kāi)關(guān)閉合后未正確動(dòng)作，由于機(jī)械跨接器連桿上的螺釘脫落，使串接在機(jī)械跨接器回路中、判斷機(jī)械跨接器是否具備分閘條件的繼電器輔助常開(kāi)觸點(diǎn)無(wú)法正常閉合，最終導(dǎo)致機(jī)械跨接器無(wú)法跳閘[7]。事件過(guò)程的初步分析如下：

1）在4號(hào)機(jī)組正常開(kāi)機(jī)前，進(jìn)行相關(guān)檢查工作，滅磁開(kāi)關(guān)處于斷開(kāi)位，機(jī)械跨接器處于閉合狀態(tài)。

2）當(dāng)事故發(fā)生后，雖然滅磁開(kāi)關(guān)已經(jīng)閉合，但是由于機(jī)械跨接器并沒(méi)有跳開(kāi)，導(dǎo)致滅磁電阻柜碳化硅回路通過(guò)2A及以上電流時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)出現(xiàn)報(bào)勵(lì)磁過(guò)電壓保護(hù)信號(hào)的報(bào)文。

3）機(jī)組升至額定電壓后，勵(lì)磁系統(tǒng)整流橋輸出電流流經(jīng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和滅磁電阻回路[8]。正常運(yùn)行時(shí)，機(jī)組額定勵(lì)磁電流為1 744A，事故時(shí)，實(shí)際勵(lì)磁電流大于強(qiáng)勵(lì)起動(dòng)值1 918.4A，勵(lì)磁過(guò)電壓保護(hù)起動(dòng)正常，但未達(dá)到2倍額定勵(lì)磁電流的保護(hù)跳閘整定值，因此發(fā)電機(jī)未直接跳閘。

4）滅磁電阻因長(zhǎng)期有電流通過(guò)，導(dǎo)致其被燒壞。在對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)環(huán)小電流試驗(yàn)后，勵(lì)磁系統(tǒng)設(shè)備完好、功能正常，測(cè)量勵(lì)磁系統(tǒng)交、直流側(cè)絕緣結(jié)果合格，未發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)器脈沖調(diào)節(jié)功能和功率整流單元等器件有異常情況[9]。為徹底查清事故原因，又進(jìn)行跨接器、滅磁開(kāi)關(guān)的相關(guān)試驗(yàn)工作。

3.1 跨接器試驗(yàn)

在機(jī)械跨接器分閘時(shí)，進(jìn)行電子跨接器試驗(yàn)，主要工作如下[10]：

1）將與轉(zhuǎn)子回路并聯(lián)的滅磁電阻回路甩開(kāi)，在跨接器與電流互感器BA61兩端加220V直流電壓，并在電流回路串聯(lián)一個(gè)電阻，電阻上并聯(lián)一個(gè)信號(hào)指示燈，指示燈亮則表示回路導(dǎo)通。選擇正常起勵(lì)時(shí)轉(zhuǎn)子所帶電壓反方向?yàn)檎较颉?/p>

（1）反向過(guò)電壓保護(hù)。選擇施加反向的220V直流電壓，反向晶閘管有兩路，甩開(kāi)其中一路，斷開(kāi)滅磁開(kāi)關(guān)后，脈沖觸發(fā)板（AP62）給晶閘管一個(gè)觸發(fā)脈沖，并聯(lián)在電阻上的燈亮。合上滅磁開(kāi)關(guān)，甩開(kāi)測(cè)試過(guò)的一路接回另一路，斷開(kāi)滅磁開(kāi)關(guān)后，脈沖觸發(fā)板（AP62）給晶閘管一個(gè)觸發(fā)脈沖，并聯(lián)在電阻上的燈亮。結(jié)果顯示，反向晶閘管均能正常工作[11]。反向過(guò)電壓試驗(yàn)接線(xiàn)如圖2所示。

圖2 反向過(guò)電壓試驗(yàn)接線(xiàn)

（2）正向過(guò)電壓保護(hù)。選擇施加正向的220V直流電壓，人為給晶閘管一個(gè)觸發(fā)脈沖，并聯(lián)在電阻上的燈亮。試驗(yàn)顯示電子跨接器正常。正向過(guò)電壓試驗(yàn)接線(xiàn)如圖3所示。

圖3 正向過(guò)電壓試驗(yàn)接線(xiàn)

2）進(jìn)行機(jī)械跨接器試驗(yàn)。

（1）甩開(kāi)電子跨接器，選擇施加反向的220V直流電壓，斷開(kāi)滅磁開(kāi)關(guān)，機(jī)械跨接器聯(lián)動(dòng)合上后指示燈正常點(diǎn)亮，同時(shí)，合上滅磁開(kāi)關(guān)的燈正常熄滅，說(shuō)明機(jī)械跨接器分合邏輯完好。

（2）將之前掉落過(guò)的螺釘重新擰下來(lái)，模擬機(jī)械跨接器連桿螺釘脫落。滅磁開(kāi)關(guān)跳開(kāi)后指示燈正常點(diǎn)亮，滅磁開(kāi)關(guān)閉合后指示燈也是正常點(diǎn)亮。測(cè)試證明，機(jī)械跨接器能合上，但合上滅磁開(kāi)關(guān)，機(jī)械跨接器無(wú)法分?jǐn)?，回路一直?dǎo)通，符合事故狀態(tài)。機(jī)械跨接器試驗(yàn)接線(xiàn)如圖4所示。

圖4 機(jī)械跨接器試驗(yàn)接線(xiàn)

3.2 空載跳滅磁開(kāi)關(guān)試驗(yàn)

做空載跳滅磁開(kāi)關(guān)試驗(yàn)時(shí)，調(diào)節(jié)柜顯示屏和滅磁柜顯示屏分別報(bào)了過(guò)電壓保護(hù)動(dòng)作，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。分別測(cè)得跳滅磁開(kāi)關(guān)前溫度為22.8℃和跳滅磁開(kāi)關(guān)后溫度為32.0℃，滅磁開(kāi)關(guān)跳開(kāi)后滅磁電阻可以正常投入工作。

3.3 滅磁開(kāi)關(guān)主觸頭檢查

觀察滅弧罩和主觸頭的灼燒痕跡，測(cè)量主觸頭阻值為48mW，證明滅磁開(kāi)關(guān)符合相關(guān)要求。

4 結(jié)論

本次事故的原因是械跨接器連桿上的螺釘脫落，使機(jī)械跨接器無(wú)法分?jǐn)啵瑢?dǎo)致滅磁電阻嚴(yán)重?zé)龎?。處理意?jiàn)如下：

1）更改跨接器連桿螺釘設(shè)置。在正式取消機(jī)械跨接器之前，將現(xiàn)有機(jī)械跨接器連桿上的螺釘由兩組設(shè)置為三組，這樣即使有一組螺釘脫落連桿上還有兩組螺釘，機(jī)械跨接器仍能安全可靠動(dòng)作。

2）組織論證取消機(jī)械跨接器的可行性。通過(guò)此次事故發(fā)現(xiàn)，電子跨接器反向已采用兩路獨(dú)立的回路，其可靠性已經(jīng)過(guò)多年的驗(yàn)證，而機(jī)械跨接器的使用還存在一些隱患，建議在必要時(shí)，組織專(zhuān)家論證取消機(jī)械跨接器的可行性。

3）做好檢修維護(hù)工作。在日常開(kāi)機(jī)和停機(jī)檢查時(shí)，增加機(jī)械跨接器檢查的條款。在檢修時(shí)，補(bǔ)充進(jìn)行跨接器試驗(yàn)和機(jī)械部分的檢查工作。

4）思考使用撬棒技術(shù)的可行性。方式是采用并聯(lián)于轉(zhuǎn)子繞組上的可控制投切限流電阻。當(dāng)檢測(cè)到轉(zhuǎn)子過(guò)電流時(shí)，迅速封鎖網(wǎng)側(cè)變流器脈沖，并投入撬棒，以消耗過(guò)剩能量。

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Analysis of jumper failure of excitation system in a hydroelectric plant

JIANG Wei

(Guangxi Guangtou Intelligent Technology Limited Company, Nanning 530200)

In this paper, an accident that the de-excitation resistance is seriously burned out during excitation which leads to shutdown is analyzed. Through a series of tests to simulate the excitation shutdown process of the unit, it is proved that the fault is caused by the defects of the mechanical jumper in the actual operation. Finally, in order to prevent such accidents from happening again, relevant technical suggestions are put forward to ensure the safe and stable operation of the excitation system.

jumper failure; de-excitation switch; de-excitation resistance

2021-01-27

2021-04-24

姜 ?。?990—），男，碩士，工程師，主要從事水電站勵(lì)磁控制系統(tǒng)技術(shù)研究工作。