一起滅磁電阻柜燒毀事故的分析

李開(kāi)鑫 翟保豫 馮 斌

（國(guó)網(wǎng)新疆電力公司電力科學(xué)研究院，烏魯木齊 830011）

某火電廠裝機(jī)容量為2×660MW。每臺(tái)發(fā)電機(jī)以發(fā)電機(jī)—變壓器組單元接線方式接入500kV系統(tǒng)。500kV系統(tǒng)采用一個(gè)半斷路器接線方式。發(fā)電機(jī)勵(lì)磁裝置為南瑞電控集團(tuán)生產(chǎn)的NES6100系列型號(hào)的勵(lì)磁系統(tǒng)，其勵(lì)磁方式為機(jī)端自并勵(lì)、靜態(tài)可控硅整流勵(lì)磁方式，勵(lì)磁電源由發(fā)電機(jī)機(jī)端經(jīng)勵(lì)磁變?nèi)〉?，?jīng)可控硅整流后提供發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流。整個(gè)勵(lì)磁系統(tǒng)分四個(gè)組成部分：勵(lì)磁變壓器、勵(lì)磁調(diào)節(jié)柜、可控硅功率柜、起勵(lì)及滅磁設(shè)備。發(fā)電機(jī)額定功率PN=660MW、額定電壓 UN=22kV、額定電流 IN=19245A、額定勵(lì)磁電壓 Ufd=475V、額定勵(lì)磁電流Ifd=4906A。

圖1 滅磁開(kāi)關(guān)和跨接器示意圖

1 滅磁開(kāi)關(guān)和跨接器簡(jiǎn)介

跨接器是滅磁回路重要的組成部分，NES6100系列型號(hào)的勵(lì)磁系統(tǒng)跨接器由機(jī)械跨接器和電子跨接器組成。電子跨接器和機(jī)械跨接器并聯(lián)后和線性滅磁電阻串聯(lián)，最后跨接在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組兩端。其中電子跨接器由跨接器控制模塊和可控硅組成，如圖1所示。

滅磁開(kāi)關(guān)跳閘有兩種情況：①接收到跳閘指令；②流過(guò)滅磁開(kāi)關(guān)的勵(lì)磁電流超過(guò)其線圈脫口整定值。如圖1所示，正常停機(jī)或事故跳閘時(shí)滅磁開(kāi)關(guān)接收到跳閘指令，立即跳開(kāi)，其常閉接點(diǎn)閉合，機(jī)械跨接器合閘回路接通，機(jī)械跨接器合閘，同時(shí)電子跨接器控制模塊接收到滅磁開(kāi)關(guān)跳閘信息，立刻通過(guò)跨接器控制模塊給可控硅發(fā)導(dǎo)通指令，電子跨接器導(dǎo)通，將滅磁電阻接入發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路，依靠滅磁電阻消耗轉(zhuǎn)子能量。正常運(yùn)行或起機(jī)時(shí)滅磁開(kāi)關(guān)接收到合閘指令，立馬合閘，其常開(kāi)接點(diǎn)閉合，機(jī)械跨接器跳閘回路接通，機(jī)械跨接器跳閘，同時(shí)電子跨接器控制模塊接收到滅磁開(kāi)關(guān)合閘信息，立刻停止給可控硅發(fā)導(dǎo)通指令，可控硅閉合，脫開(kāi)滅磁電阻，投入發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子。

2 故障過(guò)程

2016年3月16日7點(diǎn)左右，#2機(jī)組并網(wǎng)成功。機(jī)組運(yùn)行參數(shù)如下：發(fā)電機(jī)有功功率 P=183MW，發(fā)電機(jī)無(wú)功功率Q =98MVar，勵(lì)磁電壓Ufd=268.662V，機(jī)端電壓U=22kV。不久后，運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)DCS畫(huà)面報(bào)“滅磁開(kāi)關(guān)”跳閘，但主變高壓側(cè)斷路器5031、5032開(kāi)關(guān)未跳閘，監(jiān)控畫(huà)面也沒(méi)有任何保護(hù)動(dòng)作信息。運(yùn)行人員立即到#2機(jī)組保護(hù)小室和勵(lì)磁小室檢查，發(fā)現(xiàn)保護(hù)小室內(nèi)各保護(hù)屏無(wú)任何保護(hù)動(dòng)作信息，但勵(lì)磁小室內(nèi)滅磁電阻柜有明顯燒著現(xiàn)象，并伴隨著隆隆黑煙?，F(xiàn)場(chǎng)人員立即報(bào)告集控室，集控室運(yùn)行人員立刻手動(dòng)停機(jī)。待火勢(shì)撲滅后發(fā)現(xiàn)滅磁電阻柜內(nèi)電阻、相關(guān)連接電纜及柜門有明顯燒灼痕跡，柜內(nèi)其他設(shè)備都有不同程度的變形及燒損跡象，如圖2所示。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)燒損情況

3 事故分析

3.1 滅磁電阻燒毀分析

對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)各個(gè)盤柜進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器AVR柜內(nèi)Q1空開(kāi)未投入，經(jīng)核查此空開(kāi)為跨接器控制電源空開(kāi)。

此時(shí)由于 Q1未閉合，機(jī)械跨接器操作回路電源消失，所以機(jī)械跨接器將無(wú)法因滅磁開(kāi)關(guān)的閉合而跳開(kāi)，即跨接器在跨接狀態(tài)。這一點(diǎn)從隨后調(diào)取DCS曲線和歷史記錄也可以發(fā)現(xiàn)，滅磁開(kāi)關(guān)分合閘前后跨接器一直在合位，并且后臺(tái)顯示并網(wǎng)前后一直有“跨接器電源消失”信號(hào)發(fā)出，只是運(yùn)行監(jiān)盤人員沒(méi)有注意到此信號(hào)。

該勵(lì)磁系統(tǒng)跨接器連接的的滅磁電阻為線性電阻，在跨接器導(dǎo)通后，相當(dāng)于勵(lì)磁電壓直接施加在線性滅磁電阻上。滅磁電阻阻值較小，長(zhǎng)時(shí)間通過(guò)的大電流將其燒毀。

3.2 滅磁開(kāi)關(guān)脫扣分析

查看設(shè)備參數(shù)：勵(lì)磁變高壓側(cè)CT變比為300/5；勵(lì)磁變變比 22/1；根據(jù)勵(lì)磁系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)可得出，滅磁開(kāi)關(guān)的脫扣電流為18000A。調(diào)取機(jī)組錄波圖如圖3所示，勵(lì)磁變高壓側(cè)電流最大可達(dá)到13A。

圖3 轉(zhuǎn)子電壓和勵(lì)磁變高壓側(cè)電流

根據(jù)圖3可以看出，勵(lì)磁變高壓側(cè)勵(lì)磁電流最大為13A。折算到直流側(cè)的勵(lì)磁電流為

由式（1）可知，此時(shí)的勵(lì)磁電流超過(guò)了滅磁開(kāi)關(guān)的脫扣電流18000A，造成滅磁開(kāi)關(guān)跳閘。

3.3 滅磁開(kāi)關(guān)分閘后勵(lì)磁持續(xù)運(yùn)行原因分析

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查和實(shí)際模擬，由于勵(lì)磁調(diào)節(jié)柜AVR端子排處滅磁開(kāi)關(guān)跳閘接點(diǎn)二次回路配線松動(dòng)，當(dāng)時(shí)沒(méi)有及時(shí)把滅磁開(kāi)關(guān)跳閘信息送入到勵(lì)磁調(diào)節(jié)柜AVR，造成滅磁開(kāi)關(guān)跳閘而勵(lì)磁調(diào)節(jié)器AVR沒(méi)有任何外部開(kāi)入信號(hào)，而此時(shí)主變高壓側(cè)斷路器5031、5032在合閘狀態(tài)，所以勵(lì)磁調(diào)節(jié)器 AVR判斷為負(fù)載態(tài)，繼續(xù)運(yùn)行。

3.4 失磁保護(hù)拒動(dòng)分析

由前面可知，在滅磁開(kāi)關(guān)跳開(kāi)后，AVR繼續(xù)運(yùn)行，此時(shí)機(jī)組參數(shù)為：轉(zhuǎn)子電壓Ufd=211.385V，機(jī)端電壓U=20kV（二次值52.4V），機(jī)端電流I=6300A（二次值3.1A），發(fā)電機(jī)有功功率P=169MW，無(wú)功功率 Q=?132MVar。

從滅磁開(kāi)關(guān)跳閘前后可以看出，勵(lì)磁電壓變化不大，因此查看轉(zhuǎn)子電壓接線，如圖4所示?，F(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)子電壓（勵(lì)磁電壓）取自滅磁開(kāi)關(guān)上口整流側(cè)ZZ∶1、ZZ∶3端子。雖然此時(shí)滅磁開(kāi)關(guān)跳開(kāi)了，但是由于AVR和勵(lì)磁變壓器繼續(xù)運(yùn)行，所以直流銅排仍然會(huì)有整流電壓輸出，致使勵(lì)磁電壓前后變化不大。

圖4 勵(lì)磁電壓接線

而發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)采用的是異步阻抗圓判據(jù)、定子低電壓判據(jù)和轉(zhuǎn)子低電壓判據(jù)。其中異步圓定值 Xa=?0.9Ω，Xb=?29.48Ω；轉(zhuǎn)子低電壓定值 Ufd=119V，機(jī)端低電壓定值U=19kV。

根據(jù)機(jī)端電壓U=52.4V，機(jī)端電流I=3.1A可以計(jì)算出機(jī)端阻抗為 52.4V/2.1A=16.9Ω。根據(jù)發(fā)電機(jī)有功功率P=169MW，發(fā)電機(jī)無(wú)功功率Q=?132MVar可以計(jì)算出當(dāng)時(shí)阻抗角為 actg(?132/169)= ?38°，也就是此時(shí)機(jī)端計(jì)算阻抗為 16.9Ω∠322°，即機(jī)端阻抗已落于第四象限。又根據(jù)異步圓定值Xa=?0.9Ω，Xb= ?29.48Ω，計(jì)算出在 322°上阻抗圓的兩個(gè)邊界點(diǎn)為 1.546Ω和 17.157Ω。機(jī)端阻抗 16.9Ω落在失磁阻抗圓內(nèi)，即此時(shí)異步阻抗圓判據(jù)開(kāi)放。

根據(jù)機(jī)端電壓和轉(zhuǎn)子電壓數(shù)值，很顯然可以看出，定子電壓和轉(zhuǎn)子電壓未達(dá)到失磁保護(hù)低電壓定值，所以失磁保護(hù)沒(méi)有動(dòng)作。

假若勵(lì)磁電壓取ZZ∶1、ZZ∶2端子，那么在滅磁開(kāi)關(guān)FMK跳開(kāi)后，勵(lì)磁電壓就會(huì)趨于零，失磁保護(hù)就會(huì)動(dòng)作。

4 事故結(jié)論

1）跨接器電源未投入，且運(yùn)行人員監(jiān)盤不仔細(xì)，致使DCS長(zhǎng)期報(bào)“跨接器電源消失”無(wú)人處理。

2）滅磁開(kāi)關(guān)位置信號(hào)配線松動(dòng)，致使滅磁開(kāi)關(guān)跳閘信息無(wú)法及時(shí)送入到勵(lì)磁調(diào)節(jié)柜AVR。

3）勵(lì)磁電壓接線位置設(shè)置不合理，造成滅磁開(kāi)關(guān)跳開(kāi)后，在勵(lì)磁變和AVR均正常工作的前期下，勵(lì)磁電壓下降不多，失磁保護(hù)未動(dòng)作。

5 整改措施

1）完善工作票和操作票內(nèi)容。并網(wǎng)起機(jī)前，應(yīng)根據(jù)工作票和操作票內(nèi)容，逐項(xiàng)檢查，逐一核對(duì)，確保一切條件滿足要求。

2）加強(qiáng)運(yùn)行人員培訓(xùn)，對(duì)于盤柜消失的信號(hào)，應(yīng)及時(shí)匯報(bào)，并采取相應(yīng)的措施，切實(shí)做好監(jiān)盤工作。

3）完善跨接器控制電源開(kāi)關(guān)及重要設(shè)備的標(biāo)識(shí)，給運(yùn)行操作人員以提示和警告。

4）加強(qiáng)二次回路功能的理解，如正確的勵(lì)磁電壓接線，則應(yīng)該取至 ZZ∶1、ZZ∶2端子，而不是ZZ∶1、ZZ∶3端子。

5）對(duì)于重要的二次回路，要充分利用定檢機(jī)會(huì)，核查二次回路的正確性，以確保不會(huì)發(fā)生保護(hù)拒動(dòng)或誤動(dòng)事件。

[1] 國(guó)家能源局. 防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求[M]. 北京: 中國(guó)電力出版社, 2014.

[2] GB/T 14285—2006. 繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程[S].

[3] DL/T 843—2010. 大型汽輪發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)技術(shù)條件[S].

[4] 南京南瑞繼保電氣有限責(zé)任公司. PCS-985B發(fā)電機(jī)變壓器組保護(hù)說(shuō)明書(shū)[Z]. 2013.

[5] 國(guó)電南瑞科技股份有限公司. NES6100勵(lì)磁調(diào)節(jié)器用戶指南V1.1[Z]. 2013.