一起發(fā)電機勵磁1號功率退柜導致兩功率柜間導線燒壞的分析及處理

四川武都電站有限公司 任碧秀

1 引言

勵磁系統(tǒng)是發(fā)電機組的重要組成部分，是提供發(fā)電機磁場電流的裝置。勵磁系統(tǒng)的作用主要有以下三點：一是根據(jù)發(fā)電機電壓、負荷及功率因數(shù)的變化調整發(fā)電機的勵磁電流，以維持發(fā)電機端電壓在規(guī)定的水平；二是合理分配并列運行發(fā)電機間的無功負荷；三是提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性，在發(fā)電機電壓急劇降低時，迅速加大勵磁電流，以改善系統(tǒng)的運行條件，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

勵磁系統(tǒng)包括勵磁電源和勵磁裝置，其中勵磁電源的主體是勵磁機或勵磁變壓器。勵磁裝置分別由勵磁調節(jié)柜、功率柜、滅磁柜等勵磁柜組成，具有穩(wěn)壓、恒電流、恒功率因素等功能。勵磁柜是一種為發(fā)電機建立電壓并穩(wěn)定發(fā)電的設備，是整個電氣成套系統(tǒng)的CPU，其工作原理如下，調節(jié)器用發(fā)電機量測PT電壓輸入電氣信號，直流信號用輸出電流和反映裝置電源電壓調節(jié)信號。各路信號經(jīng)各自的信號處理及變換電路對信號濾波、隔離放大，變換成適用A/D采樣的信號，并將這些信號送入A/D變換器，再由程序控制依次進行模數(shù)轉換，存放在存貯器中供調節(jié)器使用。

2 水電站概況

四川省某壩后式水電站，總裝機3×50MW，多年平均發(fā)電量為6.1 億kWh，設計利用小時為4064h,電站保證出力為36.8MW，多年平均流量為142m3/s，電站引用流量259.22m3/s。三臺發(fā)電機分別接成發(fā)變組單元接線，各經(jīng)一臺63000kVA 的主變壓器升壓為220kV，經(jīng)220kV線路送至220kV變電站并入四川主網(wǎng)。電站采用全計算機監(jiān)控系統(tǒng)，于2011 年11月正式投產(chǎn)發(fā)電。發(fā)電機組采用GES3000靜態(tài)勵磁系統(tǒng)，勵磁整流及調節(jié)器設置有兩個獨立的通道，每個通道有一個自動調節(jié)通道和一個手動調節(jié)通道，調節(jié)通道的核心均為工業(yè)控制微機，采用高可靠智能型冗余容錯結構，該冗余結構采用并聯(lián)方式，當有一個冗余部件故障時，不影響系統(tǒng)正常運行。

該電站采用自并勵方式，勵磁電源由一臺接于同步發(fā)電機端的勵磁變壓器（型號ZSCB9-800/10.5）取得，經(jīng)勵磁變壓器降壓380V后，接入三相全控橋式晶閘管整流器，輸出直流額定電壓195V，額定電流1185A，晶閘管的冷卻采用軸流式風機強迫風冷，通過晶閘管整流成直流后，供給發(fā)電機磁場繞組。自動勵磁調節(jié)器從發(fā)電機端取得信號，控制晶閘管的導通角，從而按需要控制發(fā)電機勵磁電流。勵磁變壓器采用環(huán)氧澆注、干式、自冷型式，有溫控報警，其高壓側不設自動開關，副邊根據(jù)需要沒有設開關或自動開關。高壓側接線包括在發(fā)電機的差動保護范圍之內，副邊出線口裝有電流互感器TA，作為勵磁調節(jié)器的測量轉子電流信號。勵磁變壓器繞組的聯(lián)接組別一般為Y/d－11，為了消除由于晶閘管整流換向引起波形畸變所產(chǎn)生高次諧波中的三次諧波及其三倍的高次諧波之影響。勵磁系統(tǒng)由勵磁調節(jié)柜、功率1號柜、功率2號柜、滅磁柜共四面屏柜和1 臺勵磁變組成，勵磁原理如圖1所示。

圖1 勵磁原理

3 事件經(jīng)過及檢查處理

電站在投運后半年時間內發(fā)生一次功率柜退柜事故。當日1 號、2 號機組各帶50MW 負荷運行，3號機組熱備用。10:34分當值設備運維班人員進行備自投（廠用電Ⅰ段帶Ⅱ段）切換試驗時，斷開Ⅱ段廠變低壓側開關時，備自投未投入（后來檢查系備自投程序不完善所致），導致Ⅱ段廠用電臨時中斷。此時上位機報“1 號功率柜退柜”，1 號機組勵磁柜傳來爆炸聲響，并伴有焦臭味，現(xiàn)場人員及時趕到1號機組勵磁功率柜發(fā)現(xiàn)1號功率柜退柜，功率柜柜間導線有燒斷現(xiàn)象。

事故發(fā)生后，值長立即匯報調度，申請轉移1號機組負荷至3號機組，及時恢復了Ⅱ段廠用電供電。待1 號機組停機，做好安全措施后，經(jīng)檢查確認了功率柜1、2柜之間由勵磁變引來的交流相間并聯(lián)接線發(fā)生短路并燒斷，調節(jié)柜顯示屏報“1號功率柜退柜”“A、B通道故障”“SCR 柜通信故障”。經(jīng)生產(chǎn)領導同意后值長迅速組織人員進行導線更換，并對勵磁柜和風機主、備用電源回路、勵磁同步脈沖信號回路全面檢查，未發(fā)現(xiàn)異常。13:40分將1號機組開啟至空轉，試運行正常，13:50 向調度匯報事故情況并申請同意1號機組運行后，1號機組并網(wǎng)運行正常。

4 事件原因、分析及處理

4.1 1號功率柜發(fā)退柜運行的原因、分析及處理

1 號發(fā)電機勵磁功率柜冷卻風機主用電源為Ⅱ段廠用電，備用為勵磁變電源。風機正常運行情況下主供電源K52 帶電，備用電源K53 不帶電，兩臺風機運行，當主供電源失電，主供電源監(jiān)視繼電器K27 發(fā)出信號輸入后，通過K52、K53 可實現(xiàn)兩路電源能相互閉鎖和切換，完全達到100%的冗余效果，勵磁風機控制原理如圖2所示。

圖2 勵磁風機控制原理

當Ⅱ段廠用電（主供電源）消失，勵磁風機電源因電源切換回路故障，1 號功率柜風機電源沒有切換至勵磁變電源（備用電源），導致風機電源消失風機停運，風機運行監(jiān)視E51 閉合，發(fā)出1號功率柜“退柜”信號。經(jīng)檢查處理該電源切換回路之后，多次切換電源回路正常，故障消除，此過程2 號功率柜風機電源切換及風機運行均正常。

4.2 功率柜1、2柜之間由勵磁變引來的交流相間并聯(lián)接線發(fā)生短路并燒斷原因、分析

事故發(fā)生時功率柜接線如圖3所示。

圖3 事故發(fā)生時功率柜接線

發(fā)電機勵磁變低壓側用ZR-YJV-3＊240電纜分別接至兩臺功率柜，功率兩柜之間交流相間設置4mm2銅芯橡膠導線的聯(lián)絡線，目的是其中一柜交流電源消失可確保脈沖變壓器和風機備用電源變壓器不會失電，勵磁變低壓側至兩個勵磁功率柜之間采用電纜硬連接，中間無斷路器等電氣設備。

實際上兩臺勵磁功率柜已在勵磁變低壓側出線處已經(jīng)實現(xiàn)并聯(lián)，并不需要在功率柜間再次聯(lián)接，由此線反使兩柜之間再次形成并聯(lián)環(huán)流通道。正常時額定負荷下，勵磁輸出電壓195V，輸出電流1185A，其視在功率231kVA，勵磁變低壓側電壓380V,整流轉換率0.9，這樣可算得勵磁變向兩臺功率柜供電電流分別是220A。由于該聯(lián)絡線兩端電壓和電阻均等，其環(huán)流較小，約為2～3A，當發(fā)生1 號功率柜退柜使輸入2 號柜的交流電流瞬間增大1 倍，此時該4mm2的聯(lián)絡線則相當于分流線，會產(chǎn)生瞬間接近200A 的環(huán)流。正常情況4mm2銅芯線最大允許載流量35～40A 左右，所以很快破壞導線絕緣層，導致相間導線擊穿，發(fā)生導線短路燒斷現(xiàn)象。這種勵磁功率柜接線適用于勵磁變低壓側至兩個勵磁功率柜之間設有斷路器的情況。

4.3 處理

通過事故現(xiàn)象逐漸展開分析總結，由于廠用電倒換電試驗時（廠用電備自投故障）→Ⅱ段廠用電消失（1號功率柜風機自動投入系統(tǒng)故障，備用電源未投入）→1號功率柜風機停運→1號功率柜退柜→2 號功率柜負荷增加1 倍→2 號功率柜輸入電流增加1 倍→1、2 號功率柜之間的環(huán)線變分流線（嚴重過載）→環(huán)線瞬間過載燒壞。

針對上述情況，電站書面函告勵磁制造廠家，勵磁廠家回復意見是決定將柜間聯(lián)絡線取消。電站技術人員拆線改造后的勵磁系統(tǒng)，通過運行觀察各方面一切正常。改造后接線如圖4所示。

圖4 改造后接線

5 暴露的問題

對此次勵磁事件的分析處理，先后發(fā)生了風機電源切換回路故障，導致其中一個功率柜退柜。而兩功率柜間接線錯誤，最終導致兩功率柜間接線短路燒壞事故。通過分析，暴露以下幾個問題。

一是設計圖紙審核不嚴格。原勵磁功率柜接線適用于勵磁變低壓側至兩個勵磁功率柜之間設有斷路器的情況，也說明了部分出廠設備并沒有針對性，總是千篇一律給各個電站配設備，而電站設計人員審核時候不夠嚴格，對廠家出圖并未仔細審核修改，將廠家圖紙作為設計圖。

二是現(xiàn)場施工安裝和調試管理不足。在設備安裝調試期間，施工人員、監(jiān)理人員以及業(yè)主方均未及時發(fā)現(xiàn)兩勵磁功率柜接線設計圖紙錯誤，調試期間沒有進行勵磁功率柜單通道運行試驗。

三是作為新建電站運行管理方?jīng)]有認真熟悉圖紙，思考圖紙原理，應該對兩勵磁功率柜之間接線方式進行思考，及時發(fā)現(xiàn)存在的隱患。

四是電站設備維護人員工作前事故預想和風險評估不到位。在進行廠用電切換試驗前，應預先評估廠用電切換裝置、勵磁風機電源切換裝置是否可靠，確認無疑后，才能進行切換操作。

五是電站設備維護人員對設備維護檢查不到位。事故發(fā)生前，在進行廠用電倒換操作時，發(fā)生了勵磁風機電源切換回路故障，說明平時設備維護檢查及試驗不夠細致。

6 結語

安全生產(chǎn)是企業(yè)發(fā)展永恒的主題，是企業(yè)效益的根本體現(xiàn)。通過上述事故，電力設備管理工作直接影響企業(yè)安全生產(chǎn)，必須以科學嚴謹?shù)膽B(tài)度來對待。作為電站發(fā)電運行管理人員，不能依賴或者完全相信設計圖、竣工圖，運行管理中應思考弄清設備工作原理，設計原理及功能，以便及早發(fā)現(xiàn)問題。對于電站負責設備故障處理的技術人員，要求各方面能力全面發(fā)展，做任何操作前，應認真分析、思考可能存在的隱患，這樣操作可能導致的事故，做好事故預想和應對措施。設備管理人員加強設備的定期檢查、維護、更換，及時發(fā)現(xiàn)故障，避免事故發(fā)生。對于電站內非正常停機及事故應作好相關記錄，以便于日后總結參考。