淺談600MW機組勵磁變故障分析和對策

摘 要：某公司某電廠一期工程2臺600MW機組，兩臺機勵磁變均采用某電氣有限公司生產的樹脂澆筑干式變壓器，三相間隔獨立，每相由兩個繞組組成，機組勵磁采用ABB UNITROL 5000型調節器。2011年投產，至2014年9月發生故障，只運行不到4年，1號機組勵磁變就故障燒毀更換。經過對#1機勵磁變壓器出現的故障進行分析和處理，故障現已消除，系統也可以正常運行。

關鍵詞：600MW機組勵磁變故障；分析；對策

1 事件檢查情況

1.1 設備基本情況

某1號機勵磁變使用海南金盤電氣有限公司制造的樹脂澆筑干式變壓器，三相間隔獨立，每相由兩個繞組組成，具體參數如表1，機組勵磁采用ABB UNITROL 5000型調節器。

#1勵磁變2010年01月投入運行，投入運行后至本次事件發生前，該變壓器均按照標準進行各項檢查、試驗，最近一次檢查于2014年5月進行，各項參數均無異常。

1.2 事件發生前機組運行情況

#1機組正常運行，發電機有功530MW，無功150MVAR，發電機額定電壓22kV運行，發電機三相電流14.5kA正常運行。勵磁電壓346V，勵磁電流為3652A，勵磁變高壓側電流為121A，勵磁變高壓繞組運行溫度分別為50℃左右、鐵芯溫度為82℃左右。#1機組運行電氣參數平穩無異常，發變組保護無任何報警。現場無檢修人員作業，無重要設備的啟停操作。

1.3 現場檢查情況

2014年9月24日22時26分58秒，某某公司1號機組運行中突然跳閘，檢查#1機ETS保護首出“發變組保護動作停機”，#1發變組保護A柜RCS985保護裝置“勵磁變過流”保護動作，保護B柜DGT801B保護裝置“勵磁變速斷”保護動作，兩套發變組保護動作信號一致。就地檢查發現#1機勵磁變A、B相柜體冒煙。#1機勵磁變A、B相持續冒煙，發出焦臭味。#1勵磁變A相間隔內表面和設備多處漆黑，#1勵磁變內低壓側封閉母線、高壓側離相母線、#1勵磁變C相間隔設備的外觀無明顯異常，#1發變組轉檢修后進入勵磁變柜內檢查，發現#1勵磁變高壓側表面、低壓繞組A2端部燒損嚴重且表面有金屬熔物，低壓繞組出線柱、變壓器鐵芯底部邊角有燒熔痕跡，鐵芯接地母排部分燒損接近斷裂，A相A2繞組低壓側接C相出線的出線柱有灼燒痕跡，高壓繞組進線銅排、高壓側電流互感器支架均有灼傷痕跡；#1勵磁變B相間隔內表面和設備多處漆黑，B1低壓側繞組端部燒損嚴重且表面有金屬熔物，出線柱燒斷，對應位置鐵芯有數層硅鋼片燒熔，B2繞組低壓側繞組端部燒損，出線柱有灼傷痕跡。鐵芯底部邊角有燒熔痕跡，鐵芯接地母排部分燒損接近斷裂。對變壓器繞組做絕緣和直阻試驗：A相A2繞組低壓側、B相B1、B2繞組低壓側絕緣為0。

2 故障原因分析

2.1 保護動作情況分析

#1發變組保護A柜RCS985保護裝置“勵磁變過流”保護動作，保護B柜DGT801B保護裝置“勵磁變速斷”保護動作，兩套發變組保護動作信號一致，一次設備確有故障，保護定值17.5A/0.3s，故障電流均大于定值，保護正確動作。

2.1.1 #1發變組保護A柜985B保護動作報告（表2）

起始后開入量狀態（表3）

2.1.2 #1發變組保護B柜DGT801B保護動作報告（表4）

2.2 故障錄波分析

從發變組985B保護錄波波形可知：整個故障期間勵磁變低壓側CT未記錄到故障電流，由于低壓側CT安裝在勵磁變B相間隔內，可判斷故障點發生在#1勵磁變內部。

以故障錄波器的錄波圖（圖5）和保護動作報告為依據對保護動作及邏輯進行分析，故障過程如下：

0ms #1勵磁變低壓側A、B發生相間短路或者相間接地短路。此時高壓側A、C相電流增至1.17kA，相位相同，高壓側B相電流2.31kA，相位與A、C相相反。根據近似算法可知，低壓側三相短路時高壓側電流2.4kA，判斷此故障點應在低壓繞組端部附近。故障發生后勵磁電壓開始波動，機端電壓、電流及勵磁電流等其余電氣量無明顯變化。故障電流大于勵磁變速斷保護定值，發變組保護啟動；290ms #1勵磁變低壓側A、B、C三相短路，高壓側三相電流分別為：2.47kA，1.88kA，1.97kA，相位接近正序；320ms #1發變組保護裝置勵磁變速斷保護動作時間滿足，保護出口停機，跳21A開關、滅磁開關、關閉主汽門。385ms #1發變組21A斷路器斷開。440ms此時機端A相電壓降至0.9kV，B、C相電壓升至18.24kV、17.77kV，零序電壓18kV，且B、C相電壓夾角變為60度，符合機端單相接地的特征，且985B保護443ms發電機接地保護啟動，根據現場情況，判斷#1發電機機端A相接地。接地點在#1勵磁變A相高壓側。此時勵磁變高壓側電流增大，分別為：4.84kA 0°，3.07kA 160°，2.17kA 223°；540ms～610ms勵磁變A相高壓側短時弧光多點接地，造成故障電流通過兩個接地點導通，未通過高壓側電流互感器，在此期間錄波器上勵磁變高壓側電流接近為0；700ms勵磁電流快速減少；1958ms #1發電機剩余能量大部分消耗，定子電流、勵磁變高壓側電流衰減至接近0值，勵磁變高壓側A相接地弧光消失，機端三相電壓恢復為4kV，按滅磁時間常數1.98秒開始降低；4928ms #1發電機定子電壓降至1kV。

2.3 勵磁變本次事故情況分析

根據廠家資料及現場接線，可判斷起始故障原因為#1勵磁變B相低壓繞組端部B1、B3對變壓器鐵芯放電，造成低壓側a、b相間接地短路，低壓側短路電流達48kA，電弧燒斷銅排，并將數層硅鋼片燒熔，故障在290ms時擴展到A相，造成A2低壓繞組端部A3對鐵芯接地，故障發展為三相接地短路，440ms故障繼續擴大，弧光造成A相高壓繞組與互感器支架短路，機端A相接地，然后故障能量逐漸消耗。

3 故障結論和應采取防范措施

勵磁變壓器外部及封閉母線未見損傷點，現場未見任何異物，從故障波形分析，排除變壓器外部短路故障引起變壓器損壞。事故的主要原因是#1勵磁變B相低壓繞組端部b1、b3絕緣性能不佳，運行過程中絕緣強度降低，對鐵芯擊穿放電，導致變壓器低壓側A、B相間接地短路，引發電弧燒損設備，屬設備本身原因。針對該勵磁變故障應整體更換#1勵磁變三相繞組及附件，聯系設備制造廠，加強制造廠制造工藝，提高變壓器繞組端部絕緣水平。檢查#1勵磁變高壓側離相母線、低壓側共箱母線、勵磁調節系統，開展相關預防性試驗。新勵磁變投運前應做好交接試驗檢查，投運后應加強日常巡檢，對勵磁變個部位進行監視，每逢停運或檢修期間對勵磁變進行預防性試驗，對冷切系統進行重點檢查，確保冷卻風扇正常運行，加強勵磁變溫度和運行聲音監視，發現異常立即停運檢查。

參考文獻

[1]楊華，鄔自健.自并勵磁發電機勵磁變故障應急方法[J].能源研究與管理，2013.

[2]王忠桃.灰色預測模型相關技術研究[D].西南交通大學，2008.

[3]王江萍.機械設備故障診斷技術及應用[M].西北工業大學出版社，2001.

作者簡介：吳安順（1977，3-），工程師，本科，福建省鴻山熱電有限責任公司，從事電廠運行和節能管理工作。