機組勵磁變故障原因分析和防范措施

孫富根，陳海軍

（1.漢江集團公司電廠，湖北 丹江口 442700 ；2.漢江王甫洲水力發電公司，湖北 老河口 441800）

1 電廠概況

電廠位于南水北調中線水源，地湖北省丹江口市境內的漢江干流上，裝有6臺150 MW混流式水輪發電機組，總裝機容量900 MW，是我國上世紀60年代投產的大型水力發電廠之一。樞紐初期工程總庫容209億m3，南水北調工程實施后，總庫容將達290億m3。電廠具有良好的可調節性能，是電網的重要調頻、調峰和事故備用廠。

2 水輪發電機組勵磁系統運行情況

2000年9月，該電廠計劃將運行超過30年的6臺水輪發電機組原裝的同軸直流勵磁機系統更換為靜止可控硅自并激勵磁系統。2001年11月，改造后的2號機勵磁系統首次投入運行，該套靜止可控硅自并激勵磁系統由南瑞電氣控制公司負責設計、選型、安裝和調試，其中，勵磁變主要參數見表1。

表1 勵磁變主要參數

新的靜止可控硅自并激勵磁系統投運后，運行穩定，維護工作量小，建壓迅速，對提高電廠設備的健康水平和自動化水平起到很大的促進作用。截止2009年6月的故障，整套系統只發生過一次整流柜可控硅散熱管損壞故障，未影響機組正常運行。

3 故障發生經過及應急處理

3.1 故障發生經過

2009-06-13，2號機正常并網運行，帶有功149 MW，無功81 MVar。10:32，監控系統報：“2號勵磁變保護跳閘動作，2號機出口丹02分，2號機事故停機”。事故一覽有：“2F勵磁變保護跳閘動作，2F勵磁(B柜)消失”。值班人員觀察2號機與系統解列停機。現場檢查勵磁變保護(勵磁變單獨配置一套保護裝置)顯示：勵磁變差動保護動作，B相差流6.5 A；對勵磁變進行檢查未發現明顯故障和煙霧，只是在B，C相線圈上部低壓引出線銅板有煙霧熏黑的痕跡，B相下部鐵心上落有溶化的銅渣。

3.2 故障檢查經過

研究決定2號機解備，重點進行勵磁變檢查。運行人員用1 000 V搖表測2號機勵磁變低壓側對地絕緣0.2 MΩ。高低壓與發電機解開后用2 500 V搖表測對地絕緣為50 MΩ，定子絕緣吸收比：25 MΩ/5 MΩ,轉子回路絕緣：100 MΩ。通過檢查，初步確定勵磁變本身有故障，機組其他部位正常。為進一步確認故障點，檢修人員將勵磁變高低壓側解引后進行了試驗檢測，結果見表2，表3。

表2 直流電阻檢測結果

表3 絕緣電阻檢測結果

通過雙臂電橋檢測的直流電阻數據和兆歐表檢測的絕緣電阻數據看，高壓測B相線圈直流電阻值明顯偏大，兆歐表檢測反映勵磁變低壓側絕緣偏低。綜合以上現象及保護動作情況推斷：高壓側B相發生過匝間短路故障，導致B相線圈存在開路現象，低壓側絕緣偏低可能是由高壓側線圈發生短路后噴出的高溫溶化的銅渣等附著物造成。經現場技術人員研究后，初步斷定勵磁變已損壞不能使用。

4 故障原因分析

2號機勵磁變故障后，勵磁變返廠進行解剖分析，發現勵磁變B相高壓線圈發生匝間短路故障，線圈風道內壁燒損。其它各相線圈及鐵心無損傷，各相試驗合格，可以繼續使用。

通過廠家提供的資料，2號機勵磁變出廠時經過嚴格的檢測，局部放電量為5pc，基本可以確認內部無隱患，完全可以達到設計的20～30年的使用壽命。2號機勵磁變投運近8年，按照故障 “浴盆曲線”理論，已進入穩定運行期，發生此類故障，廠家認為原因很難判斷，無法給出合理的解釋。

根據現場運行情況來看，電廠處在鄂豫兩省交界處，是地區電網的重要電壓支撐點，新的勵磁系統投運后，2號機運行期間一直是系統的無功主要來源，長期帶80 MVar～100 MVar無功運行，勵磁變基本處于滿負荷運行狀態，夏季運行最高溫度基本在90 ℃～100 ℃。勵磁變采用自然冷卻，周圍通風條件較差，2號勵磁變故障后對其它運行中的勵磁變運行溫度進行了紅外測溫，最高溫度達到118℃，而勵磁變溫控器顯示溫度在92 ℃左右，兩者相差26 ℃之多。即使這樣，與勵磁變允許100 K溫升來看，溫度高可能加速其絕緣老化，但不是勵磁變損壞的直接原因。勵磁變發生故障時，正值4號發電機改造定位筋安裝階段，期間因焊刨在廠房內產生大量粉塵，使勵磁變運行環境受到一定影響，但沒有證據證實其會造成勵磁變損壞。

綜合以上情況，勵磁變匝間短路主要是內部原因造成，在生產過程中可能存在工藝上的缺陷，只是現有檢測方法無法發現，加之長時間運行過程中，可能遭受雷擊過電壓、系統操作過電壓、勵磁整流諧波、運行溫度過高等多重不利因素的影響，最終導致其薄弱環節絕緣老化擊穿損壞。

5 故障經驗總結及防范措施

電廠2號機勵磁變故障發生時，水庫水位較高，面臨棄水，幸好有未安裝的4號機勵磁變可供更換，否則，造成的損失可能以千萬元計。因此，決定將修復后的勵磁變作為全廠備用勵磁變，并對勵磁系統重要備品備件進行梳理，根據其重要性和采購難易程度進行分類，并在采購計劃中進行安排，以防不測。

在對勵磁變運行環境改善方面，給沒有風機冷卻的勵磁變暫時外加臨時軸流風機，使其運行溫度由90 ℃以上降為70 ℃左右，減緩其絕緣老化的速度。待時機成熟時并全部加裝內置冷卻風機。

日常巡回檢查中，加強勵磁變各部位運行情況監視，每年的預防性試驗，要嚴格按照規程要求，進行認真檢測和清掃，做到有問題早發現，早解決。