奇形波造成機組過速緊急停機原因故障排查

摘 要：伴隨著經濟社會的不斷發展，電力等各個行業都進入了微機監控保護，計算機代替人工操作的時代。文章簡述了機組過速停機的故障原因分析及處理。希望可以為相關工作者提供借鑒及研究方向。

關鍵詞：機組過速；電壓互感器；

前言

紅旗水力發電廠是1970年動工修建，81年3月份投入運行。水輪發電機組是天津發電設備總廠生產的，調速器是天津水控設備廠生產。

1 設備型號及參數

（1）水輪發電機組的技術參數如下：

（2）電壓互感器型號是JDZJ-6，150/1級。

（3）調速器是由CT-40改造的，保留油壓裝置、集油箱和主接力器。機械飛擺測速改為武漢三聯水電控制設備公司的“SLT-3000型全數字可編程微機組合式調速器”，它采用殘壓測頻，其主要技術參數值如下：

額定輸入電壓：AC220V±10%；DC220V±10%或110V±10%

調節規律：補償PID

整機平均無故障時間：≥25000小時

測頻方式：殘壓測頻

暫態轉差系數：bt=0～200%（調整分辯率1%）

永態轉差系數：bp=0～10%（調整分辯率1%）

積分時間常數：Td=0～20S（調整分辯率1S）

加速度時間常數：Tn=0～5S（調整分辯率0.1S）

頻率給定范圍：FG=42.5～57.5Hz（調整分辯率0.01Hz）

頻率死區范圍：E=0～3.0Hz（調整分辯率0.01Hz）

功率死區范圍：i=0～5%

功率給定范圍：p=0～120%

（4）測頻保護單元箱采用的是湖南紫光測控有限公司的DCAP-3530智能轉速測控單元， DCAP-3530智能轉速測控單元利用機端殘壓對發電機組的轉速及頻率進行自動檢測。它有可設置的七輪轉速控制出口（一般為5%、35%、80%、95%、105%、140%、170%）。機端殘壓測量范圍為0.3～180V/2～100Hz。具有RS-485通迅接口，可與監控計算機進行數據交換，組成電廠綜合自動化系統。其技術參數如下：

機組殘壓測量范圍：0.3～180V/2～100Hz

七輪轉速輸出：5%、35%、80%、95%、105%、140%、170%、額定轉速，均可自行設定。

使用環境：海撥≤3000米；相對濕度：25℃時，≤95%；溫度：-10℃～50℃。

2 故障現象

紅旗電廠順著時代的發展，提高機組的運行可靠性，進行了綜合自動化技改。當二號發電機組技改接線完成以后，進行電氣一次模擬、二次模擬等靜態調試完成，一切正常。再進行動態模擬時，開機空轉，機組及各種輔助設備運行一切正常。運行一段時間無異常后對機組進行零起升壓試驗，（調速器與測頻單元箱）二次電壓開始接的是Uab線電壓（額定二次電壓為105伏）升至約80伏（機端電壓約5000伏）時，機組突然發生過速保護動作停機，發“機組過速” 信號，造成過速停機原因不明。為了查明原因，重新開機至空載運轉10分鐘，運行無異常。安排人員注意監視調速上的機頻頻率表及機組測頻單元箱數字變化情況，同時用萬用表測量調速器端子上電壓互感的輸入電壓，再次零起升壓，二次電壓約80伏時，又出現機組過速現象，但頻率表和測頻單元箱中的數字上看不出數字變化就停機了（數顯來不及反映或是肉眼來不及看）。

3 故障排查

為了查找故障具體原因，既然用萬用表測量調速器端子上電壓互感的輸入電壓，而且頻率表和測頻單元箱中的數字從肉眼上看不出異常情況。決定采用SR8二蹤示波器來監測電壓互感器的電壓波形，觀察電壓波形情況。準備好后，再開機作零起升壓，二次電壓在10伏以下是正常的，屬正弦波形如圖1所示。當電壓上升超過10伏時，電壓波形過零后出現一個小小的拐點，如圖2所示，逐漸增加勵磁電流，機端電壓漸漸上升，電壓波形的拐點也逐漸增大，逐漸變成了小小的正弦波形，如圖3所示。當二次電壓值接近80伏時，電壓波形如圖4所示。再繼續增大，機組出現緊急停機。發出“機組過速”信號。

機組過速停機，原來是由于線電壓中含有其它波形（諧波）造成的。測頻單元箱及調速器的機頻電壓都取于機端的勵磁系統用的電壓互感器1YH線電壓Uab，把線電壓改成相電壓Ua，重新開機，再作零起升壓，同時也監測電壓波形，電壓波形過零后，不存在拐點為正弦波，機組恢復正常，故障排除。

4 故障分析

由于線電壓的波形過零過后，出現了拐點（或微小正弦波），當拐點（或微小正弦波）的變化量△u值大于測頻單元箱的預置門欄電壓值0.3伏，測頻裝置中所監測到的是一個大的正弦波加上兩個拐點（或微小正弦波），就變成了三個正弦波形了，測出的頻率由50赫茲就變成150赫茲，變成300%ne。機組過速停機是140%ne，頻率超過了140%就發機組過速緊急停機信息緊急停機，并發“機組過速”信號。出現這一現象，與兩臺電壓互感間本身的磁和度和磁滯差異有關，開始接Uab時，測頻裝置監測到的是Ua=asinωt和Ub=asin（ωt-120°）向量疊加值，因為電壓互感器是電磁型電壓互感器，鐵芯磁路除了飽和外，還有磁滯作用。它的磁化曲線不是單一的，上升和下降特性不相重合，形成了一個滯回環，在這種情況下，兩臺電壓互感的磁曲線和滯回環存在一定差異，感應出來的兩個單相電壓互感器的兩個波形存在著偏差或者含有諧波，當Ua=asinωt和Ub=asin（ωt-120°） 向量疊加后就出現了上述所謂的諧波，當改為單相電壓后，測頻裝置監測到的只是Ua或Ub單相電壓波值，就沒有明顯的諧波或諧波微小，基本為基波正弦波形，就不會出現機組過速停機現象了。機組過速現象也就消除了。

5 結束語

隨著時代的發展，電力等各個行業，都進入了微機監控、保護，計算機代替人工操作等。電廠的監控測量采集的都是機組的殘壓，采集數值都很小，大部分都為毫伏級，有的甚至達到微伏級。在安裝時，必須做好試驗，像電壓互感器、電流互感器等有必要做一下伏安特性，甚至用示波器監測它們的波形變化，數值比較，然后優先配置，才能有效避免一些故障出現，保障設備的正常運行，保護設備的完好率。

參考文獻

[1]李發海，陳湯銘，鄭逢時，等.電機學變壓器的運行分析[M].科學出版社，1984：26-27.

作者簡介：姚遠濤，性別：男，年齡：51歲，學歷：大專，職稱：工程師，職務：分公司副經理，主要負責分公司發供電及設備維護維修等生產工作。