發(fā)電廠發(fā)變組的故障診斷及解決辦法

河北大唐國際張家口熱電有限責(zé)任公司 趙 騫

關(guān)鍵字：發(fā)電廠；發(fā)變組；故障診斷；解決辦法

某發(fā)電廠實(shí)際運(yùn)行過程中，當(dāng)系統(tǒng)電壓升高而頻率降低時(shí)，此時(shí)工作磁通密度參數(shù)會(huì)呈現(xiàn)增高趨勢(shì)，就會(huì)形成勵(lì)磁運(yùn)行。隨著勵(lì)磁電流的增加，鐵芯溫度相應(yīng)得到升高，出現(xiàn)局部過熱問題，嚴(yán)重的甚至?xí)?dǎo)致鐵芯出現(xiàn)變形的問題，對(duì)發(fā)變組系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性產(chǎn)生干擾和影響。本文主要結(jié)合一起發(fā)電廠發(fā)變組過勵(lì)磁反時(shí)限保護(hù)誤動(dòng)而引發(fā)的機(jī)組跳閘事故，通過故障的診斷和分析，為后續(xù)故障問題的解決和處理提供指導(dǎo)依據(jù)。

1 發(fā)電廠發(fā)變組概述

發(fā)變組作為發(fā)電廠主要的組成部分，一般由發(fā)電機(jī)和變壓器兩部分構(gòu)成，即發(fā)變組一端連接發(fā)電機(jī)設(shè)備的電線，另外一端則與升壓變壓器低壓側(cè)線圈相連接，通過變壓器的運(yùn)行使系統(tǒng)功率呈現(xiàn)升高的趨勢(shì)，待升高后與母線進(jìn)行連接，并且與發(fā)電廠電網(wǎng)直接并網(wǎng)，為后續(xù)電力供應(yīng)作業(yè)開展奠定基礎(chǔ)。發(fā)變組是發(fā)電廠供電系統(tǒng)的核心所在，系統(tǒng)組成本身比較復(fù)雜煩瑣，加之運(yùn)行過程中受到外部多方面因素的干擾和影響，導(dǎo)致發(fā)變組故障時(shí)有發(fā)生，不僅影響到供電系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性，同時(shí)也給發(fā)電廠正常生產(chǎn)運(yùn)行造成困擾。因此，在發(fā)電廠運(yùn)行過程中，必須高度重視發(fā)變組故障診斷和維修工作，同時(shí)要針對(duì)發(fā)變組的不同類別，實(shí)施針對(duì)性的保護(hù)與管理措施，為其安全有效運(yùn)行奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。就目前而言，發(fā)電廠發(fā)變組種類較多，主要包括以下幾種。

1.1 根據(jù)連接方式劃分

單母線連接。從發(fā)電廠發(fā)變組線路連接方式來看，通常包括三種形式，即單母線連接、雙母線連接以及無母線連接等，其中單母線連接由于只有一條母線構(gòu)成，所以連接方式相對(duì)比較簡(jiǎn)單，但是受到這一因素的限制，該發(fā)變組中所有入線以及出線回路都必須與該母線并列連接，因此如果線路出現(xiàn)負(fù)載功率過大的情況，極易引發(fā)線路故障問題，導(dǎo)致線路正常運(yùn)行受到干擾，最終降低發(fā)變組運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。針對(duì)該問題，通常在單母線連接過程中會(huì)實(shí)施分段操作，即根據(jù)線路實(shí)際負(fù)載情況，將線路進(jìn)行科學(xué)合理的分段劃分，如此在母線連接完成后可以大幅降低線路負(fù)載所造成的故障隱患問題概率。盡管如此，單母線連接過程中只要其中某一段母線出現(xiàn)故障，那么整個(gè)回路運(yùn)行都會(huì)受到影響，一方面造成大規(guī)模停電事故問題，另一方面對(duì)供電系統(tǒng)穩(wěn)定性產(chǎn)生干擾[1]。單母線連接雖然穩(wěn)定性較差，但是造價(jià)成本相對(duì)偏低，實(shí)際當(dāng)中一般適用于線路負(fù)載電器較少的環(huán)境中。

雙母線連接。與單母線連接方式不同，雙母線連接主要是將兩條母線均勻分配在發(fā)變組帶能源以及主線相應(yīng)位置中，一方面可以確保使用上的便捷性和簡(jiǎn)易性，另一方面也能有效提升線路運(yùn)行的可靠性。但是從線路連接組成來看，其對(duì)比單母線連接要復(fù)雜很多，所以一旦出現(xiàn)線路故障隱患，會(huì)顯著提升后續(xù)的維修難度和壓力，加之該連接方式造價(jià)成本比較高，因此該發(fā)變組一般適用于高精度的實(shí)驗(yàn)室當(dāng)中，在全天候運(yùn)行的工廠也比較常見。

無母線連接。相對(duì)比前兩種發(fā)變組類型，無母線連接類別應(yīng)用最為廣泛，其主要是由發(fā)電機(jī)以及變壓器兩部分構(gòu)成，加之線路連接簡(jiǎn)單，操作便捷，即便存在線路以及系統(tǒng)故障，診斷和維修也相對(duì)容易，可以確保發(fā)變組運(yùn)行過程中隨時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并及時(shí)解決。不僅如此，該類別在實(shí)際運(yùn)行過程中造價(jià)成本比較低廉，可以為發(fā)電廠節(jié)省大量的費(fèi)用投入。但是該連接方式也不可避免存在一些弊端，即發(fā)變組運(yùn)行受到距離的影響和干擾較大，所以實(shí)際當(dāng)中難以滿足長(zhǎng)距離輸電的現(xiàn)實(shí)要求。

1.2 根據(jù)保護(hù)系統(tǒng)配置方式劃分

通常而言，發(fā)電廠發(fā)變組保護(hù)配置的方式包括兩種，即主保護(hù)配置以及后備保護(hù)配置，通過對(duì)發(fā)變組實(shí)施保護(hù)配置，可以顯著確保線路運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性，有效降低系統(tǒng)故障出現(xiàn)的概率。在實(shí)際運(yùn)行過程中，由于線路故障出現(xiàn)的原因以及類別不同，所以又可將主保護(hù)配置劃分為多種形式，包括匝間保護(hù)形式、發(fā)電機(jī)相差保護(hù)形式、變壓器發(fā)動(dòng)機(jī)縱差保護(hù)形式等。對(duì)于后備保護(hù)配置方式而言，其相對(duì)比主保護(hù)配置較為簡(jiǎn)單，一般包括阻抗保護(hù)、記憶過電流保護(hù)以及復(fù)合電壓鎖閉電流保護(hù)等。發(fā)變組在實(shí)際運(yùn)行過程中，上述兩種保護(hù)配置方式雖然相互獨(dú)立存在，但是運(yùn)用過程中通過相互協(xié)調(diào)作用，可以進(jìn)一步提升保護(hù)水平，從而顯著提升發(fā)變組運(yùn)行的穩(wěn)定性。

2 發(fā)電廠發(fā)變組常見故障分析

就目前發(fā)電廠運(yùn)行而言，失磁是發(fā)電組比較常見的一類故障問題和隱患，其主要是指發(fā)電機(jī)全部勵(lì)磁電流或部分勵(lì)磁電流出現(xiàn)消失的情況，導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常有序運(yùn)行。而通常引起發(fā)變組失磁問題的原因主要包括以下幾種，即人工操作不規(guī)范、勵(lì)磁系統(tǒng)元件損壞、勵(lì)磁機(jī)故障以及轉(zhuǎn)子繞組故障等，實(shí)際當(dāng)中需要重點(diǎn)結(jié)合失磁原因進(jìn)行診斷和維修。對(duì)于發(fā)變組失磁故障來說，其作為一種高發(fā)的故障隱患，對(duì)于發(fā)電廠供電系統(tǒng)正常穩(wěn)定運(yùn)行會(huì)造成嚴(yán)重的干擾和影響，不僅會(huì)造成發(fā)變組運(yùn)行吸收較多的感性無功功率，導(dǎo)致系統(tǒng)電壓下降問題更加嚴(yán)重，同時(shí)由于電壓的過度降低會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)瓦解問題，并且失磁的發(fā)變組還會(huì)對(duì)臨近的機(jī)組運(yùn)行情況產(chǎn)生制約和干擾，嚴(yán)重的甚至引發(fā)臨近系統(tǒng)故障問題。

發(fā)變組失磁對(duì)于自身運(yùn)行產(chǎn)生的干擾也是較大的，失磁的發(fā)變組在異步運(yùn)行過程中，等效電抗參數(shù)呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，在過度吸收無功功率的同時(shí)，系統(tǒng)產(chǎn)生的過電流會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)線路過熱問題，對(duì)于設(shè)備性能造成嚴(yán)重影響的同時(shí)，也威脅到工作人員的人身安全。對(duì)導(dǎo)致出現(xiàn)發(fā)電組失磁的原因進(jìn)行分析，以人為原因占比較大，此外還有勵(lì)磁系統(tǒng)本身存在的一些內(nèi)部原因，詳細(xì)體現(xiàn)如下：

一是發(fā)變組日常運(yùn)行過程中，人員存在操作不規(guī)范和不標(biāo)準(zhǔn)的情況，很多情況下責(zé)任落實(shí)不到位，難以引起工作人員的高度重視，最終出現(xiàn)了嚴(yán)重的發(fā)變組失磁問題，給電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性造成嚴(yán)重的影響；二是工作人員自身素質(zhì)水平有待提升，在發(fā)變組日常運(yùn)行過程中，即便發(fā)現(xiàn)存在了失磁隱患問題，也不能采取規(guī)范的方式進(jìn)行處理，導(dǎo)致隱患進(jìn)一步擴(kuò)大而影響電力系統(tǒng)運(yùn)行可靠性；三是勵(lì)磁系統(tǒng)元件的定期檢修和維護(hù)不到位，很多情況下不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)元件運(yùn)行存在的缺陷和病害，導(dǎo)致勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)行受到干擾和影響，最終造成發(fā)變組故障問題，給電廠造成巨大的損失和影響。

3 發(fā)電廠發(fā)變組的故障診斷及解決辦法

3.1 故障概況

某發(fā)電廠1號(hào)機(jī)組在正常運(yùn)行過程中，機(jī)組負(fù)荷參數(shù)為200MW，AGC、AVC均投入。發(fā)變組無功功率為165.6MVar、定子電壓參數(shù)為20.8kV，勵(lì)磁電流及電壓分別為1848A和350V，發(fā)變組保護(hù)ABC三柜均投入運(yùn)用[2]。其中，A和B柜采用RCS-985A型保護(hù)配置方式，C柜采用PCS-974型非電量保護(hù)方式。當(dāng)機(jī)組運(yùn)行至某一時(shí)刻，突然出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象，此時(shí)維修人員立即前往現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行診斷，結(jié)果顯示1號(hào)機(jī)組并未存在損壞問題，分析原因是1號(hào)機(jī)組發(fā)變組保護(hù)B柜“過勵(lì)磁反時(shí)限”動(dòng)作所致，升壓站斷路器以及滅磁開關(guān)均處于跳閘狀態(tài)，鍋爐滅火。

3.2 誤動(dòng)診斷分析

在1號(hào)機(jī)組出現(xiàn)跳閘故障后，立即對(duì)機(jī)組相關(guān)設(shè)備及線路實(shí)施故障診斷、排查，包括勵(lì)磁機(jī)、整流柜、高壓斷路器以及發(fā)電機(jī)等，通過故障診斷排查發(fā)現(xiàn)，上述設(shè)備并無損壞問題，所以可以直接排除設(shè)備故障所致的保護(hù)動(dòng)作問題。在完成上述排查處理后，接著由工作人員調(diào)取機(jī)組運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)的DCS監(jiān)測(cè)圖，以此為基礎(chǔ)查看系統(tǒng)當(dāng)中的AVC運(yùn)行記錄。結(jié)果顯示，在跳閘事故發(fā)生前1號(hào)機(jī)組發(fā)電機(jī)定子電壓穩(wěn)定，并且UAB=UAC=UBC=20.8kV，系統(tǒng)運(yùn)行頻率也相對(duì)穩(wěn)定，其中f=49.99Hz，不存在電壓升高以及系統(tǒng)頻率降低的問題，所以不具備發(fā)變組過勵(lì)磁保護(hù)動(dòng)作的現(xiàn)實(shí)條件。接著由工作人員再次調(diào)取1號(hào)機(jī)組發(fā)變組保護(hù)B柜“過勵(lì)磁反時(shí)限”保護(hù)動(dòng)作報(bào)告，該報(bào)告中顯示的動(dòng)作時(shí)間與故障發(fā)生的時(shí)間完全吻合，同時(shí)動(dòng)作保護(hù)顯示為發(fā)變組過勵(lì)磁反時(shí)限，動(dòng)作參數(shù)為U/f=1.0817倍，由此報(bào)告顯示結(jié)果可以將其認(rèn)定為正確的保護(hù)動(dòng)作。

通常而言，一旦機(jī)組出現(xiàn)跳閘故障問題，此時(shí)兩臺(tái)發(fā)變組保護(hù)應(yīng)當(dāng)同時(shí)進(jìn)行，而本次研究中只有保護(hù)B柜出現(xiàn)動(dòng)作，而且機(jī)組跳閘前相關(guān)參數(shù)顯示如下，即機(jī)端電壓20.86kV、系統(tǒng)頻率為49.99Hz、理論上過勵(lì)磁倍數(shù)為1.043倍，可見上述參數(shù)沒有達(dá)到B柜保護(hù)動(dòng)作下限定值，因此判斷為保護(hù)B柜采樣值存在一定程度的偏差，以此導(dǎo)致出現(xiàn)了保護(hù)誤動(dòng)，最終出現(xiàn)機(jī)組跳閘故障。為了對(duì)該判斷進(jìn)行有效的驗(yàn)證分析，后續(xù)對(duì)該保護(hù)裝置實(shí)施了模擬量通道檢驗(yàn)，詳細(xì)參數(shù)見表1。

表1 發(fā)變組B柜過勵(lì)磁保護(hù)校驗(yàn)數(shù)據(jù)

由表1相關(guān)數(shù)據(jù)分析可知，1號(hào)機(jī)組發(fā)變組B柜保護(hù)裝置過勵(lì)磁采樣值較正常值偏大，偏差數(shù)值在0.036～0.0387。

3.3 分析結(jié)果

在對(duì)1號(hào)機(jī)組發(fā)變組出廠報(bào)告以及其他資料分析中發(fā)現(xiàn)，出廠報(bào)告顯示發(fā)變組存在一定的偏差問題，數(shù)值在0.001左右，雖然偏差在規(guī)范以內(nèi)，但是發(fā)變組保護(hù)校驗(yàn)作業(yè)指導(dǎo)書中顯示，隨著發(fā)變組運(yùn)行時(shí)間的不斷推移，該偏差問題呈現(xiàn)不斷增大的趨勢(shì)，對(duì)此該發(fā)電廠并沒有給予高度關(guān)注。在發(fā)變組近期的一次診斷檢修當(dāng)中，試驗(yàn)報(bào)告記錄中顯示并未對(duì)偏差問題實(shí)施檢驗(yàn)處理，側(cè)重點(diǎn)在于發(fā)變組過勵(lì)磁保護(hù)動(dòng)作以及其他檢驗(yàn)，這就導(dǎo)致實(shí)際的發(fā)變組校驗(yàn)并沒有實(shí)現(xiàn)全面覆蓋，導(dǎo)致發(fā)變組“過勵(lì)磁”偏高問題沒有及時(shí)被發(fā)現(xiàn)，為后續(xù)故障處理提高了難度和壓力。不僅如此，該發(fā)電廠缺乏精細(xì)化的故障檢修管理機(jī)制，同時(shí)無法結(jié)合過勵(lì)磁保護(hù)高精度的要求，制定與之相匹配的檢修方式，使得發(fā)變組過勵(lì)磁故障隱患進(jìn)一步擴(kuò)大。除此之外，該發(fā)電廠此套發(fā)變組保護(hù)配置運(yùn)行使用時(shí)間較長(zhǎng)，缺乏定期更新和優(yōu)化，在設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)行過程中，不可避免會(huì)存在元器件老化磨損等問題，導(dǎo)致發(fā)變組保護(hù)配置水平大幅降低，使故障進(jìn)一步增大。

3.4 解決辦法

首先，對(duì)1號(hào)機(jī)組發(fā)變組“過勵(lì)磁反時(shí)限”保護(hù)相關(guān)模擬量通道實(shí)施有效的檢測(cè)診斷，檢測(cè)結(jié)果顯示裝置線性良好，因此只需要對(duì)過勵(lì)磁保護(hù)動(dòng)作偏差問題進(jìn)行修正處理，便可以有效消除該類故障隱患，提升發(fā)變組運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性水平。在對(duì)動(dòng)作偏差進(jìn)行修正過程中，將過勵(lì)磁保護(hù)定值由1.08倍、延時(shí)43s修正為1.12倍、延時(shí)43s，通過該修正處理，使得過勵(lì)磁倍數(shù)符合實(shí)際的運(yùn)行情況。其次，1號(hào)機(jī)組發(fā)變組B柜過勵(lì)磁時(shí)限保護(hù)出口方式屬于報(bào)警并減勵(lì)磁，實(shí)際當(dāng)中需要將定值參數(shù)進(jìn)行減少處理，一般降至反時(shí)限低限前動(dòng)作即可，并以此為基礎(chǔ)實(shí)施過勵(lì)磁保護(hù)報(bào)警處理，確保相關(guān)檢修工作人員可以結(jié)合報(bào)警信息及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理。

在本次診斷和檢修當(dāng)中，對(duì)于1號(hào)發(fā)變組過勵(lì)磁保護(hù)定時(shí)限定值進(jìn)行修正，即將原本的1.25倍、延時(shí)4.5s修正為1.11倍、延時(shí)0s。最后，對(duì)發(fā)電機(jī)過勵(lì)磁保護(hù)、勵(lì)磁調(diào)節(jié)器過勵(lì)限制、AVC上限限制進(jìn)行排查，過勵(lì)磁保護(hù)過勵(lì)限制低值1.08倍、延時(shí)43s；勵(lì)磁調(diào)節(jié)器過勵(lì)限制1.05倍、延時(shí)50s；AVC上限限制中機(jī)端電壓≥20.6kV或無功功率≥160MVar動(dòng)作。動(dòng)作順序?yàn)锳VC上限限制、勵(lì)磁調(diào)節(jié)器過勵(lì)限制、發(fā)電機(jī)過勵(lì)磁保護(hù)跳閘，詳細(xì)見表2。

表2 過勵(lì)磁動(dòng)作順序

本次研究中，結(jié)合實(shí)例分析了一起由過勵(lì)磁反時(shí)限保護(hù)基準(zhǔn)值偏差而引起的保護(hù)誤動(dòng)故障，導(dǎo)致發(fā)電廠機(jī)組出現(xiàn)頻繁跳閘問題，給發(fā)電廠供電系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性造成直接影響。針對(duì)該類發(fā)變組故障的維修，除了針對(duì)性提出解決辦法和對(duì)策以外，在日后機(jī)組運(yùn)行過程中要高度重視發(fā)變組定期檢修和診斷工作，特別是發(fā)變組校驗(yàn)工作要實(shí)現(xiàn)全面覆蓋，確保故障隱患一經(jīng)發(fā)現(xiàn)就可以及時(shí)進(jìn)行處理，提升發(fā)變組系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。