滅磁開關故障導致轉子過電壓保護動作

李 博，何忠華，錢曉忠，劉淑妍

（國網新源湖南黑麋峰抽水蓄能有限公司，湖南 長沙410213）

0 引言

黑麋峰抽水蓄能電站位于湖南省長沙市望城區，裝有4臺單機300 MW的可逆式抽水蓄能機組，2010年10月份全部機組投產，主要承擔湖南地區電網調峰、調頻及事故備用。電站投產以來，充分利用抽水蓄能機組工況轉換靈活、啟動迅速的特點，為湖南電網減少常規水電棄水、晚間填谷發揮了巨大作用，因此保證機組水泵工況啟動成功率是電站運維工作的重點，黑麋峰電站水泵工況啟動方式以靜止變頻器（SFC）啟動為主，背靠背啟動為輔。

1 故障過程

監控系統執行抽水調相開機命令，機組充氣壓水成功后，監控系統向勵磁系統發出投入勵磁命令（脈沖信號，脈寬2.5 s），勵磁調節器在檢測到監控系統所發出脈沖信號的上升沿時，置“EXC ON”信號為1，持續時間2 s，在此信號持續期間，檢測直流開關分閘位置觸點為1時，即發出直流開關合閘命令，使直流開關合閘。直流開關合閘1498.904 ms后跳閘，由于此時“EXC ON”信號仍為1，直流開關分閘位置觸點亦為1，調節器再次發出合閘命令，致使直流開關在跳開284.909 ms后第2次合閘。合閘后由于轉子剩磁產生的沖擊電壓與整流橋輸出電壓疊加作用，致使過電壓保護跨接器（-U40）導通（跨接器的觸發導通時間約為2 μs），轉子繞組的剩余磁場通過非線性電阻器（-F31）進行滅磁，滅磁過程中檢流計（-F50）測得滅磁電流超過定值，勵磁調節器報“Rotor Overvoltage-crowbar”故障后發出跳閘信號，監控系統及機組保護正常收到跳閘信號，監控系統正常執行事故停機流程。根據故障錄波圖查詢故障時刻數值為：直流開關第2次合閘時間為1217.74 ms；根據監控系統查詢數據曲線可知：轉子繞組最大電壓為476.55 V。

在機組進入停機穩態后，On-call人員現場檢查并復歸監控系統及勵磁系統報警，機組進入備用狀態。

圖1 故障錄波圖形

2 原因分析

根據故障錄波圖形顯示轉子過電壓產生時刻為01：23：54.517，監控系統顯示過電壓幅值為476.550 V。根據現場檢查情況分析：故障時直流開關在合閘1498.904 ms后跳閘，借鑒4號勵磁開關問題經驗，對號3勵磁開關合閘鎖定裝置上方壓緊彈簧進行檢查發現：彈簧靠下側位置斷裂，且上、下兩部分出現明顯的偏移，根據胡克定律F=kΔx，彈簧總長度變短，在固定的行程（在直流開關合閘時該彈簧作用于鎖定裝置與合閘銜鐵可靠接合所需要的距離）下，彈簧的變形量Δx變小，故壓緊彈簧作用于合閘鎖定裝置上的彈力F變小，使得鎖定裝置不能與合閘銜鐵及時接合，或接合后搭接深度不足，造成直流開關合閘后跳開。

圖2 從合閘鎖定裝置兩側觀察壓緊彈簧

圖3 拆卸后的壓緊彈簧

直流開關跳閘后：一方面轉子繞組剩磁通過其弧觸頭與非線性滅磁電阻串聯開始滅磁，由于直流開關分閘時間僅為284.909 ms，故滅磁過程不能完全消耗轉子剩余磁場能量，轉子繞組中仍存在剩余磁場；另一方面根據楞次定律，直流開關分閘后流入與流出轉子繞組的直流電流仍與跳開前相同，而轉子繞組產生電勢的方向與原勵磁電壓相反；當直流開關在合閘脈沖的繼續作用下再次合閘時，勵磁系統整流橋產生的勵磁電壓與轉子繞組產生的反方向電勢相疊加，致使勵磁回路電壓急劇升高，電壓超過定值（1800 V）時跨接器在短時間（2 μs）內迅速動作導通，轉子繞組通過跨接回路與非線性電阻相串聯進行再次滅磁，檢流計（-F50）輸出開關量跳閘信號至勵磁調節器，最終使得調節器報“勵磁系統二級故障跳閘”，機組開機失敗。

為了保證勵磁控制回路無異常，進行以下檢查：

（1）檢查勵磁系統直流開關分閘控制回路中，分閘線圈D1、D2直流電阻阻值為178.1 Ω、179.5 Ω，線圈無故障；合閘線圈直流電阻阻值25.1 Ω，線圈無故障。

（2）檢查勵磁系統直流開關分閘控制回路中，機組緊急停機跳閘用繼電器-K3、-K4本體無異常，接點動作正常，常開觸點間絕緣電阻＞50 MΩ，繼電器接線端子緊固。

（3）檢查勵磁系統直流開關分閘控制回路中，AVR跳閘繼電器-K2本體無異常，接點動作正常，端子緊固。

（4）檢查轉子過電壓保護裝置（NLR非線性電阻，-U40過電壓跨接器，-F50檢流計），各元件外觀無異常，絕緣測試符合要求，接線端子緊固無松動。

（5）檢查轉子繞組絕緣電阻為84 MΩ，符合運行要求。

3 處理過程

更換斷裂的彈簧，試驗正常。

4 暴露問題

此前4號勵磁直流開關合閘失敗原因為鎖定裝置上方的壓緊彈簧存在機械疲勞，而本次3號勵磁直流開關合閘失敗原因為該彈簧機械斷裂，暴露出勵磁系統直流開關鎖定裝置上方的壓緊彈簧存在設計缺陷，如彈簧選型、硬度、彈力等問題。

5 防范措施

（1）對廠內1號、2號、4號勵磁直流開關合閘鎖定裝置上方的壓緊彈簧進行檢查。

（2）購置彈簧備品。

（3）與開關廠家進行溝通，探討選擇優質彈簧。