蓄能機(jī)組背靠背啟動(dòng)時(shí)被拖動(dòng)機(jī)“轉(zhuǎn)子過電壓”“低頻過流”動(dòng)作原因探討

汪軍元

(華東桐柏抽水蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江天臺(tái)317200)

1 問題提出

2011年1月25 日，某抽水蓄能電廠做定期1號(hào)機(jī)拖2號(hào)機(jī)背靠背試驗(yàn)時(shí)，在拖動(dòng)機(jī)(2號(hào)機(jī))、被拖動(dòng)機(jī)(1號(hào)機(jī))勵(lì)磁電流開放1s內(nèi)，1號(hào)機(jī)“勵(lì)磁轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)動(dòng)作”事故停機(jī)，上位機(jī)顯示1號(hào)機(jī)轉(zhuǎn)子電壓最大值約為140V，遠(yuǎn)沒有達(dá)到轉(zhuǎn)子過電壓動(dòng)作值(1500V)。保護(hù)動(dòng)作原因不明。

2011年3月8 日，3號(hào)機(jī)C修復(fù)役試驗(yàn)時(shí)，4號(hào)機(jī)拖3號(hào)機(jī)時(shí)，也出現(xiàn)“轉(zhuǎn)子過電壓”保護(hù)動(dòng)作事故停機(jī)，和上次不同的是本次從勵(lì)磁運(yùn)行到保護(hù)動(dòng)作，隔了30s，因滑環(huán)處有人監(jiān)視，監(jiān)視到3號(hào)機(jī)在開始拖動(dòng)時(shí)曾反轉(zhuǎn)。

2010年1月3 日和5月25日，某抽水蓄能電廠在3號(hào)機(jī)拖4號(hào)機(jī)背靠背試驗(yàn)時(shí)，被拖動(dòng)機(jī)4號(hào)機(jī)均“低頻過流保護(hù)”動(dòng)作，從而事故停機(jī)拖動(dòng)不成功。原因一直未明。

其它電廠也出現(xiàn)過相類似情況，原因不明。

2 原因分析

機(jī)組背靠背啟動(dòng)時(shí)電氣回路圖見圖1。

2.1 被拖動(dòng)機(jī)“轉(zhuǎn)子過電壓”動(dòng)作原因分析

被拖動(dòng)機(jī)“轉(zhuǎn)子過電壓”動(dòng)作，因?yàn)槎啻伟l(fā)生，說(shuō)明誤發(fā)的可能性不大；且都發(fā)生在背靠背啟動(dòng)時(shí)的被拖動(dòng)機(jī)身上，說(shuō)明和背靠背啟動(dòng)及被拖動(dòng)機(jī)有關(guān)。

機(jī)組轉(zhuǎn)子電壓過高，原因可能在勵(lì)磁系統(tǒng)身上，比如勵(lì)磁變二次側(cè)交流電壓太高，某種干擾致使勵(lì)磁調(diào)節(jié)器發(fā)出的脈沖角度不準(zhǔn)使整流橋輸出偏大，或者可控硅性能不好，突然導(dǎo)通和開斷時(shí)，di/dt大，而產(chǎn)生過電壓；或是其它某個(gè)不為我們所知的地方的突變也可能產(chǎn)生過電壓。這種可能性總是存在的，但是如果是這種原因造成轉(zhuǎn)子過電壓，在發(fā)電開機(jī)、發(fā)電運(yùn)行、抽水運(yùn)行、背靠背時(shí)的拖動(dòng)機(jī)也會(huì)出現(xiàn)，非背靠背時(shí)的被拖動(dòng)機(jī)才會(huì)出現(xiàn)。或許該廠出現(xiàn)的兩次是“恰巧”在背靠背時(shí)的被拖動(dòng)機(jī)，因?yàn)橹挥袃纱危@種“恰巧”也說(shuō)得過去。不過，上述原因(突變除外)產(chǎn)生的過電壓數(shù)值在監(jiān)控上應(yīng)觀察得到，這和事實(shí)不符。

圖1 機(jī)組背靠背啟動(dòng)時(shí)電氣回路圖

本人認(rèn)為，問題可能出在轉(zhuǎn)子身上，準(zhǔn)確的說(shuō)，是背靠背時(shí)被拖動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子身上，其實(shí)轉(zhuǎn)子本身并沒有問題，而是和這個(gè)工況有關(guān)。2011年3月8日，4號(hào)機(jī)拖3號(hào)機(jī)時(shí)，3號(hào)機(jī)在開始拖動(dòng)時(shí)曾出現(xiàn)過反轉(zhuǎn)，這使我們想到拖動(dòng)機(jī)和被拖動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速差還是很大的，可能有5%(機(jī)械保護(hù)中雖有“被拖動(dòng)機(jī)1%轉(zhuǎn)速超時(shí)”和“拖動(dòng)機(jī)與被拖動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速相差2%”而事故停機(jī)，但前者有6s延時(shí)，后者有2s延時(shí)，這6s和2s拖動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速有可能上升到一個(gè)較高數(shù)值，這里取5%)，為了便于分析，我們假定這時(shí)拖動(dòng)機(jī)有5%的額定轉(zhuǎn)速，而被拖動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為0。100%轉(zhuǎn)速在定子上對(duì)應(yīng)100%的額定電壓(18kV),那么5%的額定轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)5%的額定電壓(900V)，拖動(dòng)機(jī)定子上900V電壓傳到被拖動(dòng)機(jī)上也是900V，由于被拖動(dòng)機(jī)靜止(若是不是靜止，有轉(zhuǎn)速差效果也一樣)，這時(shí)被除拖動(dòng)機(jī)定子、轉(zhuǎn)子相當(dāng)于一個(gè)變壓器，轉(zhuǎn)子上將會(huì)感應(yīng)出交流電壓。同于定子匝數(shù)少而轉(zhuǎn)子匝數(shù)多，還是個(gè)升壓變壓器，所以感應(yīng)的電壓有可能達(dá)1000V以上。感應(yīng)到轉(zhuǎn)子上的交流電壓疊加上勵(lì)磁直流電壓，很有可能讓直接接在勵(lì)磁回路上轉(zhuǎn)子過電壓繼電器動(dòng)作(動(dòng)作值1500V)。而監(jiān)控上之所以觀察不到轉(zhuǎn)子電壓增大，是因?yàn)?轉(zhuǎn)子電壓經(jīng)過轉(zhuǎn)子電壓變送器，送到勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的I/O模塊輸出到監(jiān)控系統(tǒng)，由于轉(zhuǎn)子電壓變送器是直流電壓變送器，不能反映交流電壓分量，所以監(jiān)控上看不到轉(zhuǎn)子電壓升高。轉(zhuǎn)子過電壓繼電器會(huì)動(dòng)作，是因?yàn)檫^電壓繼電器直接接在勵(lì)磁回路，不經(jīng)過電壓變送器。這和事實(shí)相符。

由于背靠背時(shí)，各臺(tái)機(jī)性能不一樣，被拖動(dòng)機(jī)出現(xiàn)反轉(zhuǎn)也是隨機(jī)的，所以背靠背轉(zhuǎn)速差不一，因此背靠背啟動(dòng)時(shí)被拖動(dòng)機(jī)“轉(zhuǎn)子過電壓”動(dòng)作也有不確定性，這也是為什么該廠運(yùn)行四、五年來(lái)背靠背啟動(dòng)時(shí)被拖動(dòng)機(jī)“轉(zhuǎn)子過電壓”最近才動(dòng)作原因之一。說(shuō)是“之一”，可能還有其它原因。

2.2 被拖動(dòng)機(jī)“低頻過流”動(dòng)作原因分析

機(jī)組低頻過電流保護(hù)(51GL-B)保護(hù)在機(jī)組電動(dòng)工況起動(dòng)過程中作為發(fā)電/電動(dòng)機(jī)、起動(dòng)母線相間短路故障的保護(hù)。在機(jī)組電動(dòng)啟動(dòng)轉(zhuǎn)速較低時(shí)，機(jī)組差動(dòng)等保護(hù)不能可靠動(dòng)作，故專門設(shè)置了該保護(hù)。低頻過流保護(hù)在機(jī)組開關(guān)合上后退出運(yùn)行。考慮到保護(hù)處理的特殊要求，此保護(hù)采用了單獨(dú)的保護(hù)裝置，動(dòng)作后直接出口。3號(hào)機(jī)拖4號(hào)機(jī)“低頻過流”動(dòng)作，原因可能有兩方面:

(1)3號(hào)、4號(hào)機(jī)之間的電氣軸包括3號(hào)機(jī)定子、3號(hào)機(jī)拖動(dòng)刀、啟動(dòng)母線、4號(hào)機(jī)被拖動(dòng)刀存在短路或接地，在2010年1月3日和5月25日兩次“低頻過流”動(dòng)作時(shí)，均測(cè)過3號(hào)機(jī)定子、3號(hào)機(jī)拖動(dòng)刀、啟動(dòng)母線、4號(hào)機(jī)被拖動(dòng)刀的絕緣電阻，結(jié)果合格，所以排除了這種可能性。

(2)作為電源的拖動(dòng)機(jī)(3號(hào)機(jī))的電壓與作為負(fù)荷的被拖動(dòng)機(jī)(4號(hào)機(jī))的電壓差太大。在排除了原因1的情況下，原因2可能性很大。造成拖動(dòng)機(jī)(3號(hào)機(jī))與被拖動(dòng)機(jī)(4號(hào)機(jī))電壓差大，又可能有下列幾個(gè)原因:

1)拖動(dòng)時(shí)，拖動(dòng)機(jī)(3號(hào)機(jī))勵(lì)磁電流大，被拖動(dòng)機(jī)(4號(hào)機(jī))勵(lì)磁電流小，實(shí)際察看兩臺(tái)機(jī)勵(lì)磁電流大致相等，不存在這種情況；

2)拖動(dòng)機(jī)(3號(hào)機(jī))與被拖動(dòng)機(jī)(4號(hào)機(jī))轉(zhuǎn)速差較大。由于兩次拖動(dòng)時(shí)，都是機(jī)組剛開始轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速不易觀察到，實(shí)際數(shù)據(jù)難以取得。不過，本人認(rèn)為這種情況存在的可能性很大。

造成拖動(dòng)機(jī)(3號(hào)機(jī))與被拖動(dòng)機(jī)(4號(hào)機(jī))轉(zhuǎn)速差較大的原因可能有:a)被拖動(dòng)機(jī)4號(hào)機(jī)阻力大；b)拖動(dòng)機(jī)3號(hào)機(jī)自身機(jī)械阻力較小；c)拖動(dòng)機(jī)3號(hào)機(jī)導(dǎo)葉開啟過快；d)在拖動(dòng)時(shí)，被拖動(dòng)機(jī)4號(hào)機(jī)轉(zhuǎn)子位置不好，造成被拖動(dòng)機(jī)4號(hào)機(jī)出現(xiàn)反轉(zhuǎn)，致使兩臺(tái)機(jī)轉(zhuǎn)速差增大。

對(duì)于a)被拖動(dòng)機(jī)4號(hào)機(jī)阻力大,雖目前停留在猜測(cè)層面上，但有下述跡象表明這種猜測(cè)有一定可能:①被拖動(dòng)機(jī)4號(hào)球閥工作密封存在漏水，停機(jī)時(shí)，4號(hào)機(jī)蝸殼層漏水聲音(包括導(dǎo)水葉漏水)比其它機(jī)組大。球閥工作密封、導(dǎo)葉漏水對(duì)機(jī)組抽水方向轉(zhuǎn)動(dòng)是個(gè)阻力；②4號(hào)機(jī)導(dǎo)葉空載開度比其它機(jī)組大(這個(gè)待觀察)，這表明4號(hào)機(jī)自身機(jī)械阻力大。至于造成被拖動(dòng)機(jī)4號(hào)機(jī)阻力大的原因，除了4號(hào)機(jī)球閥工作密封、導(dǎo)葉漏水大外；還可能是4號(hào)機(jī)高壓注油泵油壓、油量存在問題或是4號(hào)機(jī)高壓注油在推力軸承里面油路不暢；或是4號(hào)機(jī)推力軸承本身問題；此外，若是4號(hào)機(jī)振動(dòng)、擺度大，也可能造成4號(hào)機(jī)阻力大；機(jī)組總重也是一個(gè)可能的原因，但是這個(gè)可能性不大。

對(duì)于b)拖動(dòng)機(jī)3號(hào)機(jī)自身機(jī)械阻力較小，目前尚無(wú)證據(jù)支持，不過可以通過觀察導(dǎo)葉空載開度等方法進(jìn)行確證。

對(duì)于c)拖動(dòng)機(jī)3號(hào)機(jī)導(dǎo)葉開啟過快，目前4臺(tái)機(jī)導(dǎo)葉開啟規(guī)律一樣，非獨(dú)3號(hào)機(jī)一個(gè)樣，可以排除，但是背靠背時(shí)導(dǎo)葉開啟規(guī)律，尤其是第一階段開啟規(guī)律如何優(yōu)化，確實(shí)是一個(gè)值得探討的問題。

對(duì)于d)在拖動(dòng)時(shí)，被拖動(dòng)機(jī)4號(hào)機(jī)轉(zhuǎn)子位置不好，造成被拖動(dòng)機(jī)4號(hào)機(jī)出現(xiàn)反轉(zhuǎn)，致使兩臺(tái)機(jī)轉(zhuǎn)速差增大，這種情況，以前常被我們忽視，2011年3月8日，在4號(hào)機(jī)拖3號(hào)機(jī)時(shí)觀察到3號(hào)機(jī)在剛開始被拖動(dòng)時(shí)出現(xiàn)反轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，這一因素應(yīng)引起我們的重視。被拖動(dòng)機(jī)在剛開始被拖動(dòng)時(shí)出現(xiàn)反轉(zhuǎn)，或先正轉(zhuǎn)再略微反轉(zhuǎn)再正轉(zhuǎn)，而此時(shí)拖動(dòng)機(jī)導(dǎo)葉“義無(wú)返顧”在開，勢(shì)必造成兩臺(tái)機(jī)轉(zhuǎn)速差增大。機(jī)械保護(hù)中雖有“被拖動(dòng)機(jī)1%轉(zhuǎn)速超時(shí)”和“拖動(dòng)機(jī)與被拖動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速相差2%”而事故停機(jī)，但前者有6s延時(shí)，后者有2s延時(shí)，這6s和2s拖動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速有可能上升到一個(gè)較高數(shù)值，而被拖動(dòng)機(jī)未轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，這么高的轉(zhuǎn)速差極可能使電壓差大，“低頻過流動(dòng)作”。

3 結(jié)語(yǔ)

上述分析僅是一家之言，正確與否有待進(jìn)一步探討和驗(yàn)證。由于多個(gè)抽水蓄能電廠也曾發(fā)生過類似情況，且原因不明，沒有定論，在此提出個(gè)人看法，僅供大家參考，以找到真正的原因。

對(duì)于低頻過流保護(hù)動(dòng)作原因，為了最終確定3號(hào)機(jī)拖4號(hào)機(jī)“低頻過流”動(dòng)作的原因，建議做以下工作:

(1)多做背靠背試驗(yàn)，尤其是3號(hào)機(jī)拖4號(hào)機(jī)，觀察被拖動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)情況。當(dāng)然這有隨機(jī)性。

(2)記錄、比較4臺(tái)機(jī)導(dǎo)葉空載開度、4臺(tái)機(jī)振動(dòng)、擺度，從一個(gè)側(cè)面確定4臺(tái)機(jī)(尤其是4號(hào)機(jī)、3號(hào)機(jī))啟動(dòng)時(shí)阻力情況。

(3)優(yōu)化4臺(tái)機(jī)(尤其是3號(hào)機(jī))背靠背時(shí)導(dǎo)葉開啟規(guī)律。

(4)跟蹤4號(hào)機(jī)球閥工作密封、導(dǎo)葉漏水量、高壓注油泵、推力軸承情況。