關于水輪發電機勵磁事故原因的剖析

李 軍

（四川明珠集團有限責任公司，四川 射洪629200）

某水電廠4臺75MW立式水輪發電組，其接線方式均采用發電機—變壓器組方式；且各個機組勵磁系統均采用機端自并勵系統；雙微機型勵磁調節器，供電方式為交直流雙供電。采用雙斷口滅磁開關；配有氧化鋅滅磁電阻器、轉子過電壓保護裝置。4臺機組均為雙微機電液調速器；供電方式為交直流雙供電。其中2號機組于2012年4月7日發生勵磁事故，現就事故原因及解決方法進行逐一的淺顯剖析。

1 事故發生過程

某水電廠2號機組事故發生前，其有功功率為75MW、無功功率為25Mvar；1號機組有功功率為5MW、無功功率為25 Mvar。2012年4月7日上午10時，因誤操作而造成廠用電交流中斷；并在6分鐘之后，直流系統蓄電池因設備故障而停止供電；同時導致交直流供電中斷約為1分鐘左右。當交流電源恢復供電時，發生線路對側開關后備過流保護動作跳閘現象；而1號、2號機組在發生強烈振動之后出現自動停機。事故發生后，2號機組滅磁柜內部分設備被燒毀；機組上導冷油器水管接頭破損；推力油槽、發電機基礎螺栓均出現部分松動現象。

2 事故原因剖析

事故發生后，組織相關人員對事故發生原因進行系統分析與排除后發現，交直流供電中斷約為1分鐘左右時，自動勵磁調節器失去其工作電源，導致1號、2號機組失磁、失步；并造成電氣失磁等一系列保護裝備無法自動動作。此時，調速器則繼續維持原有開度，而1、2號機組的原動力未變。由于機組的失步使之進入到異步發電運行狀態，機組的轉速升高之后從系統吸收了大量的無功功率，進而導致過電流。因1、2號機組原始有功出力差異而導致滑差大小不同；這也造成吸收的無功功率以及產生的異步轉矩出現差異。由于，1號機組輸出功率接近為零，其滑差需求量極小，很小的異步轉矩就可使之進入到穩步的異步運行。但是，因吸收無功功率相對過大之后，電流遠超額定負載，而導致線路對側開關后備過流保護動作，切除了對側線路開關；最終造成1、2號機組與系統主網解列，而形成了局部“小電網”。與此同時，由于“小電網”內兩臺機組異步運行初始值不同，此時的被迫同步，必然會出現機組間振蕩；當交流電源恢復時，1號機組勵磁迅速恢復至運行狀態，而2號機組則因勵磁調節器未能恢復至工作狀態；此時，1號機組為了維持機端電壓而提供了強勵電流；最終，造成2號機組失步，造成了轉子回路發生較為嚴重的過電壓而使2號滅磁柜起火，燒毀了熔斷器、轉子過電壓保護氧化鋅電阻器等一些設備。

3 事故的防范措施

3.1 優化勵磁調節器工作電源

由于原有的發電機組的勵磁調節器均采用外部交直流電源，均未采用機組勵磁變壓器作為其后備源，這也極大地降低了勵磁調節器工作電源的安全性與穩定性，該原因也是造成本次事故的主要因素。另外由于交直流電源在同一時間內短時中斷是極可能發生的，如果我們仍可以在此期間內保持各個機組的穩定運行，其主要發電機組、設備等繼發性事故的發生率則相對降低。倘若未能及時給予勵磁變壓器提供電源，則必然就會導致機組發生失磁現象，而此時直流電源尚處于故障，也就無法有效保障保護可以完成正確的動作，最終可能導致事故擴大化[1]。因此，筆者認為可以將勵磁系統之中的變壓器電源作為調節器工作電源，以進一步提高電源的穩定性，避免或降低事故的發生。

3.2 優化轉子過電壓保護

由于受國內轉子過電壓保護標準的影響，目前國內的轉子過電壓保護尚未客觀考慮到非全相運行、大滑差運行等因素；這也導致一些事故多因轉子過電壓保護問題而導致水輪發電機組受損。筆者建議，應對轉子過電壓保護予以優化改造；使之在非正常情況下可以承受一定時間內的非全相運行、大滑差運行（如可設計為20秒、30秒等。）

3.3 加強對直流系統的維管工作

我們可以從該電廠此次事故中發現，該電廠直流系統蓄電池發生老化現象且防硫化回路也未正式使用。與此同時，該電廠還將原有鉛酸蓄電池更換為質量較好的免維護、合密封閥控蓄電池；但是，對其的維護管理工作落實不足，導致長期未能對其進行容量校核。在此次事故發生后的排查工作中，發現蓄電池組中多個電池內阻很大，甚至個別的內阻已經接近開路；同時，還發生個別末端電池出現嚴重過充現象，而導致其一直處于不良的工作狀態。另外，直流系統也是電力設備控制、保護的重要設備；因此，我們必須全面加強對直流系統設備的日常維護、檢查、管理工作；并對蓄電池進行定期和不定期的檢查、維護工作，嚴格做好其容量檢測試驗；以避免因直流失壓而引發的各種生產事故。

3.4 定期對關鍵設備進行檢查、檢測

該電廠發生的勵磁事故，也暴露了對一些關鍵設備的檢查、檢測不及時，導致一些元器件老化、受損等。如氧化鋅電阻器對其所處的工作環境要求相對較高，高溫、潮濕、灰塵等均會導致其老化加快；因此，我們應加強對氧化鋅電阻器的維護、管理與檢測工作。同時，還應對一些跨接器，如觸發器、二極管、晶閘管等以及其回路均應進行全面的檢測，以確保其可以按照正確的邏輯進行動作；采用滅磁開關輔助觸點做跨接器的，我們還必須對其與主觸頭之間的動作靈活度、時間配合是否合理等問題進行仔細的檢查、檢測[2]。

綜上所述，筆者針對2012年4月某水電廠2號水輪發電機組的勵磁事故原因進行了系統排查和分析；并就引發該事故主要原因——勵磁調節器工作電源非獨立；且沒有后備電源問題進行了優化改造。同時，也應從優化轉子過電壓保護、加強對直流系統的維管工作、定期對關鍵設備進行檢查、檢測等方面入手，全面地加強對相關設備的維管工作，以避免或降低事故的發生。

［1］王忠禮,段彗達,高玉峰.Matlab應用技術在電氣工程與自動化專業中的應用[M].北京:清華大學出版社,2007.

［2］孔大明,高潮,王永貴,等.水電廠發變組高壓側開關非全相故障仿真分析[J].水電自動化與大壩監測,2009,33(02).