魚梁發電機失磁保護跳閘事故分析與應對措施

黃雨文

摘 要：廣西魚梁電廠總共安裝了3臺燈泡貫流式水輪發電機組，單機容量為21740kVA。其勵磁系統采用自并激靜止可控硅勵磁方式，采用PID+PSS調節控制模式，由勵磁調節器、人機界面、對外接口、可控硅靜態勵磁裝置、滅磁裝置及過壓保護等組成。勵磁調節器使用的是武漢聯華電氣有限責任公司開發研制的微機勵磁調節器LH-WLT02微機勵磁調節器。文章敘述了廣西魚梁電廠一起發電機失磁保護動作事故，分析了失磁保護動作的原因，制定了相應的應對措施。

關鍵詞：發電機；失磁保護；跳閘事故

1 事故經過

2014年2月6日，運行當班值長正在調整那吉電廠2#機組出力由8MW增至20MW，突然聽到電廠一陣轟鳴聲，發現魚梁3#機組出口斷路器已跳開，報警窗口有轉子低電壓輸出動作、失磁保護報警動作等一列信號，約幾秒鐘后機組轉為空轉態。

經檢查發現現地滅磁開關、出口開關已在分位，勵磁系統及機組均無異常現象，勵磁系統設備外觀完好，勵磁調節器報警和故障記錄有“脈沖丟失”報警信息，其他正常。

2 事故檢查

報警窗口主要有如下報警信息：

09：23：48 3#機組過勵限制動作

09：23：46 3#機組主保護RCS985RS保護裝置-轉子低電壓輸出動作

09：25：38 3#機組勵磁電流越上限動作

09：29：21 3#機組后備保護裝置報警動作

09：29：21 3#機組失磁動作

09：29：22 3#機組后備保護跳閘動作

09：29：22 3#機組電氣事故保護停機動作

09：29：22 3#機組出口斷路器分閘位置動作

09：29：22 3#機組滅磁開關分閘位置動作

09：29：24 3#機組出口開關位置動作

09：29：24 3#機組磁場開關FMK位置動作

09：29：25 3#機組115%Ne一級過速停機動作

09：29：25 3#機組10%額定電壓動作

故障前后參數如下：

3 事故原因分析

發電機失磁保護跳閘原因大致可分為以下幾種：

（1）發電機勵磁回路開路，勵磁繞組斷線。如：滅磁開關誤跳閘，勵磁回路開路；可控硅勵磁裝置中部份元件老化、開焊、積灰導致可控硅擊穿后引起發電機失磁等。

（2）勵磁繞組長期發熱，絕緣損壞接地短路。

（3）系統振蕩，功率發生嚴重不平衡，系統吸收大量無功負荷，靜穩定遭破壞，發電機組搶無功，系統電壓突變、振蕩，引起發電機失磁保護跳閘。

從可能原因分析中，逐步排除了第一、第二點，結合現場生產數據進行以下分析。

3.1 從錄波圖及相關數據得知，在9時23分時系統電壓有突變，從118.4kV升高至120kV左右，導致10.5kV母線電壓從10.6kV升高至11.1kV，機端電壓為了跟蹤系統電壓以保持一致，勵磁系統自動增加勵磁電壓電流來提升機端電壓，這個過程持續6分鐘左右。勵磁電流被增加至越上限定值附近來回變化，所以“3#機組勵磁電流越上限動作”、“3#機組勵磁電流越上限復歸”報警信號才多次反復報警。

3.2 從錄波圖及相關數據得知，在9時23分時勵磁電壓值一直保持在170V左右，沒有突然降低現象。而轉子低電壓定值為85V，所以有“轉子低電壓輸出動作”（保護裝置）報警信號，受干擾誤動。

3.3 9時29分19分，系統電壓突變，到21秒時，系統電壓從10.4kV下降到8.7kV。分析認為此時保護裝置根據機端電壓電流計算得出電阻值和功角已進入失磁異步圓動作范圍，所以失磁保護動作，上位機有“3#機組后備保護裝置報警動作”、“3#機組失磁動作”、“3#機組后備保護跳閘動作”報警信號。分析計算如下：

已知機端電壓8712V，機端電流367.33A。

則Z=-（0.5Xd*'）*（Uf/（√3*If））*（Nct/Npt）

=-（0.5*0.3821）*（8712/（√3*367.33））*（2000/100）

=-52.35Ω

Xd*'=0.3821為發電機暫態電抗標幺值，取不飽和值；

而機組的失磁定值如下：

3#發電機RCS-985SS發電機失磁保護定值單

根據失磁動作方程Arg（Z+jXB）/（Z-jXA）

=Arg（-52.35+j（-117.57））/（-52.35-j（-19.3））

=Arg（-52.35-j117.57）/（-52.35+j19.3）

=90°

所以，阻抗值和功角均已進入動作范圍，失磁保護動作。

4 事故危害、分析結論及應對措施

事故的危害：發電機失磁后，向電網送出的有功功率大大減少，同時從電網中吸收大量無功功率，因此，造成電網電壓下降。當電壓降低過大時，會使系統失去穩定，引起電網振蕩電壓崩潰而導致大面積停電事故。而對發電機本身而言，將使發電機端部鐵芯溫度過高而損壞，軸瓦振動過大損壞。

事故分析結論：由于系統電壓有波動，且突變量較大，加上勵磁系統穩定性能不足，促使機組機端電壓電流進入失磁范圍，導致機組失磁保護動作。

事故機組檢查恢復應對措施：

（1）首先檢查勵磁系統各個設備，外觀無異常，未發現有燒焦燒黑現象，測量快熔無熔斷，勵磁系統完好。

（2）其次進入發電機內部檢查，經檢查發電機定子轉子線圈、間隙等發現無異常。勵磁電纜、集電環及轉子引線無異常。

（3）再次對發電機定子轉子進行絕緣測量，測得電阻值為定子吸收比150/20MΩ，轉子絕緣5MΩ，定轉子絕緣合格。繼續對發電機轉子進行交流阻抗測量，測得轉子交流阻抗值為128V/1A=128Ω，比投運前測得的交流阻抗值稍大，合格。

（4）最后將機組開機至空轉，然后進行零起升壓，將機端電壓慢慢升至額定值，觀察機組和勵磁系統正常，兩個勵磁通道切換亦正常。向中調申請機組并網，3號機組正式恢復運行。

參考文獻

[1]劉取.電力系統穩定性及發電機勵磁控制[M].中國電力出版，2007（3）.

[2]呂卓文，李寶昌，程建輝.發電機跳閘原因分析[J].機電工程技術，2007（9）：68.