某水電廠勵磁系統跨接器故障分析

姜 巍

某水電廠勵磁系統跨接器故障分析

姜 巍

（廣西廣投智能科技有限公司，南寧 530200）

本文對一起機組起勵時滅磁電阻嚴重燒壞并最終導致停機的事故進行分析，查找出滅磁電阻嚴重燒壞的原因。通過一系列試驗，模擬機組起勵停機過程，證明此次故障是由于機械跨接器在實際運行中存在缺陷造成的。最后，為防止此類事故再次發生，提出相關技術改造意見，以保證勵磁系統安全穩定運行。

跨接器故障；滅磁開關；滅磁電阻

0 引言

某水電廠勵磁系統于2017年初完成升級改造，采用EXC9000系列勵磁調節器，共配置一面調節器柜、三面整流柜和一面滅磁柜，非線性滅磁電阻的材料為碳化硅，機組采用自并勵勵磁方式[1]。事故發生于4號機組C級檢修完成后的起動試驗期間，當時全廠總有功負荷為430MW。

1 滅磁開關及跨接器介紹

4號機的勵磁系統滅磁回路跨接器原理如圖1所示，其中QFG為滅磁開關，Rotor為發電機轉子，GB為碳化硅滅磁電阻，MC60為機械跨接器，V71為電子跨接器，AP62為電子跨接器控制模塊，BA61為電流互感器。BA61用于檢測流經滅磁電阻的電流，當通過2A及以上電流時，監控上位機報勵磁過電壓保護信號。滅磁電阻和跨接器并聯在發電機轉子兩端，然后串接滅磁開關。在設計時，跨接器部分沒有采用典型的電子跨接器，而是為了可靠起見，使用電子跨接器和機械跨接器的組合。當發電機轉子受到反向過電壓作用時，例如正常跳滅磁開關時，機械跨接器MC60動作，滅磁電阻GB與轉子構成回路，吸收轉子過剩能量，以對轉子起到保護作用；當發電機轉子受到正向過電壓作用時，晶閘管V71-VT1導通。跨接器的作用，就是將多余能量轉移到滅磁電阻吸收，以保護轉子。

圖1 4號機勵磁系統滅磁回路跨接器原理

滅磁開關跳閘的具體情況有：①收到跳閘令；②流過滅磁開關電流超過整定值[2-3]。當正常停機或者因保護動作導致機組停機時，滅磁回路的工作情況是：滅磁開關QFG收到跳閘令后跳開，發電機轉子Rotor產生反向過電壓，機械跨接器MC60合閘，或者電子跨接器控制模塊控制晶閘管V71-VT2和V71-VT3導通，滅磁電阻GB導通，將轉子上剩余的能量轉移至滅磁電阻吸收[4]。當滅磁開關收到合閘令時，滅磁開關合閘，機械跨接器跳閘，電子跨接器控制模塊控制晶閘管V71-VT2和V71-VT3停止導通，滅磁電阻電路回路斷開，發電子轉子正常投入[5-6]。當正在運行的發電機轉子由于外部故障等影響受到正向過電壓作用時，晶閘管V71-VT1導通，多余能量同樣轉移到滅磁電阻回路吸收，正向過電壓消失，晶閘管V71-VT1閉合，滅磁電阻回路斷開，轉子保持正常運行。

2 事故過程簡述

11月24日，某水電廠4號機組進入檢修后起動試驗階段。15:12，將4號機自動開機至空載；15:13，監控下空載令；15:14:57，監控系統上位機發出“4號機勵磁過電壓保護動作”信號；15:15:12，4號機上位機報“勵磁功率柜故障”；15:15:19，出現“4號機勵磁強勵動作”的信號；15:15:21，滅磁開關分閘；15:15:25，機組停機。

事件發生時，在場試驗人員聽到4號勵磁系統屏柜有異常聲音，經查看發現勵磁系統非線性電阻柜冒煙并伴有異味，滅磁開關分閘后機械跨接器仍然處于合閘位置，碳化硅滅磁電阻發熱嚴重，有明顯的灼燒痕跡。

11月24日晚維護班組更換滅磁電阻備件。11月25日上午，勵磁系統廠家到達現場檢查勵磁裝置，顯示屏報過電壓保護動作、強勵動作、三面功率柜均出現了+C相斷流動作信號；原4號機組勵磁滅磁柜滅磁電阻好壞未知、機械跨接器處于合閘狀態，同時發現連桿的一個螺釘脫掉，其他部分無異常。重新安裝機械跨接器操作連桿的活動連接螺桿。

3 事故過程分析

初步分析事件原因是4號機組開機時，機械跨接器在滅磁開關閉合后未正確動作，由于機械跨接器連桿上的螺釘脫落，使串接在機械跨接器回路中、判斷機械跨接器是否具備分閘條件的繼電器輔助常開觸點無法正常閉合，最終導致機械跨接器無法跳閘[7]。事件過程的初步分析如下：

1）在4號機組正常開機前，進行相關檢查工作，滅磁開關處于斷開位，機械跨接器處于閉合狀態。

2）當事故發生后，雖然滅磁開關已經閉合，但是由于機械跨接器并沒有跳開，導致滅磁電阻柜碳化硅回路通過2A及以上電流時，監控系統出現報勵磁過電壓保護信號的報文。

3）機組升至額定電壓后，勵磁系統整流橋輸出電流流經發電機轉子和滅磁電阻回路[8]。正常運行時，機組額定勵磁電流為1 744A，事故時，實際勵磁電流大于強勵起動值1 918.4A，勵磁過電壓保護起動正常，但未達到2倍額定勵磁電流的保護跳閘整定值，因此發電機未直接跳閘。

4）滅磁電阻因長期有電流通過，導致其被燒壞。在對勵磁系統進行開環小電流試驗后，勵磁系統設備完好、功能正常，測量勵磁系統交、直流側絕緣結果合格，未發現調節器脈沖調節功能和功率整流單元等器件有異常情況[9]。為徹底查清事故原因，又進行跨接器、滅磁開關的相關試驗工作。

3.1 跨接器試驗

在機械跨接器分閘時，進行電子跨接器試驗，主要工作如下[10]：

1）將與轉子回路并聯的滅磁電阻回路甩開，在跨接器與電流互感器BA61兩端加220V直流電壓，并在電流回路串聯一個電阻，電阻上并聯一個信號指示燈，指示燈亮則表示回路導通。選擇正常起勵時轉子所帶電壓反方向為正方向。

（1）反向過電壓保護。選擇施加反向的220V直流電壓，反向晶閘管有兩路，甩開其中一路，斷開滅磁開關后，脈沖觸發板（AP62）給晶閘管一個觸發脈沖，并聯在電阻上的燈亮。合上滅磁開關，甩開測試過的一路接回另一路，斷開滅磁開關后，脈沖觸發板（AP62）給晶閘管一個觸發脈沖，并聯在電阻上的燈亮。結果顯示，反向晶閘管均能正常工作[11]。反向過電壓試驗接線如圖2所示。

圖2 反向過電壓試驗接線

（2）正向過電壓保護。選擇施加正向的220V直流電壓，人為給晶閘管一個觸發脈沖，并聯在電阻上的燈亮。試驗顯示電子跨接器正常。正向過電壓試驗接線如圖3所示。

圖3 正向過電壓試驗接線

2）進行機械跨接器試驗。

（1）甩開電子跨接器，選擇施加反向的220V直流電壓，斷開滅磁開關，機械跨接器聯動合上后指示燈正常點亮，同時，合上滅磁開關的燈正常熄滅，說明機械跨接器分合邏輯完好。

（2）將之前掉落過的螺釘重新擰下來，模擬機械跨接器連桿螺釘脫落。滅磁開關跳開后指示燈正常點亮，滅磁開關閉合后指示燈也是正常點亮。測試證明，機械跨接器能合上，但合上滅磁開關，機械跨接器無法分斷，回路一直導通，符合事故狀態。機械跨接器試驗接線如圖4所示。

圖4 機械跨接器試驗接線

3.2 空載跳滅磁開關試驗

做空載跳滅磁開關試驗時，調節柜顯示屏和滅磁柜顯示屏分別報了過電壓保護動作，滿足設計要求。分別測得跳滅磁開關前溫度為22.8℃和跳滅磁開關后溫度為32.0℃，滅磁開關跳開后滅磁電阻可以正常投入工作。

3.3 滅磁開關主觸頭檢查

觀察滅弧罩和主觸頭的灼燒痕跡，測量主觸頭阻值為48mW，證明滅磁開關符合相關要求。

4 結論

本次事故的原因是械跨接器連桿上的螺釘脫落，使機械跨接器無法分斷，導致滅磁電阻嚴重燒壞。處理意見如下：

1）更改跨接器連桿螺釘設置。在正式取消機械跨接器之前，將現有機械跨接器連桿上的螺釘由兩組設置為三組，這樣即使有一組螺釘脫落連桿上還有兩組螺釘，機械跨接器仍能安全可靠動作。

2）組織論證取消機械跨接器的可行性。通過此次事故發現，電子跨接器反向已采用兩路獨立的回路，其可靠性已經過多年的驗證，而機械跨接器的使用還存在一些隱患，建議在必要時，組織專家論證取消機械跨接器的可行性。

3）做好檢修維護工作。在日常開機和停機檢查時，增加機械跨接器檢查的條款。在檢修時，補充進行跨接器試驗和機械部分的檢查工作。

4）思考使用撬棒技術的可行性。方式是采用并聯于轉子繞組上的可控制投切限流電阻。當檢測到轉子過電流時，迅速封鎖網側變流器脈沖，并投入撬棒，以消耗過剩能量。

[1] 廣州擎天電氣控制實業有限公司. EXC9000勵磁系統用戶手冊[Z]. 2016.

[2] 李開鑫, 翟保豫, 馮斌. 一起滅磁電阻柜燒毀事故的分析[J]. 電氣技術, 2018, 19(2): 120-122.

[3] 郭凱華, 丁寧. 從一起機組跳閘事件談滅磁時序優化[J]. 設備管理與維修, 2018(16): 50-51.

[4] 楊維平, 趙海峰, 王健. UNITROL6800勵磁系統滅磁單元維護實踐與分析[J]. 電工技術, 2017(5): 90-91.

[5] 劉喜泉, 陳小明. 溪洛渡水電站左岸勵磁系統滅磁回路工作原理及設計[J]. 水電自動化與大壩監測, 2012(2): 36-39.

[6] 顧建嶸. 一種滅磁回路跨接器的新型檢測方法[J]. 華電技術, 2016(8): 25-27.

[7] 陳宙. 微機保護裝置防跳和斷路器機構防跳的探討及配合[J]. 城市建設理論研究, 2011(22): 95-104.

[8] 向秋芳, 劉喜泉, 封孝松, 等. 自并勵勵磁空載過電壓保護研究[J]. 水電站機電技術, 2015(6): 11-13.

[9] 康逸群, 宋夢瓊, 宋楊. 1080MW汽輪發電機轉子內部短路故障分析[J]. 電氣技術, 2021, 22(2): 42-47.

[10] 發電機滅磁及轉子過電壓保護裝置技術條件第1部分磁場斷路器: DL/T 294.1—2011[S]. 北京: 中國電力出版社, 2011.

[11] 李冠. 基于模糊控制的電除塵器電壓系統的研究[D].保定: 河北大學, 2013.

Analysis of jumper failure of excitation system in a hydroelectric plant

JIANG Wei

(Guangxi Guangtou Intelligent Technology Limited Company, Nanning 530200)

In this paper, an accident that the de-excitation resistance is seriously burned out during excitation which leads to shutdown is analyzed. Through a series of tests to simulate the excitation shutdown process of the unit, it is proved that the fault is caused by the defects of the mechanical jumper in the actual operation. Finally, in order to prevent such accidents from happening again, relevant technical suggestions are put forward to ensure the safe and stable operation of the excitation system.

jumper failure; de-excitation switch; de-excitation resistance

2021-01-27

2021-04-24

姜 巍（1990—），男，碩士，工程師，主要從事水電站勵磁控制系統技術研究工作。