發電機滅磁開關誤跳閘的故障原因分析及處理

摘要：某電廠發電機組在正常運行工況下，發生了一起因發電機滅磁開關誤跳閘導致機組停機故障事件。現主要闡述了故障事件經過和故障檢查情況，分析了誤跳閘原因，并據此制定了事故防范措施，以避免類似機組失磁停機事件發生，保證發電機組安全可靠穩定運行。

關鍵詞：滅磁開關；延時繼電器；動作電壓；電纜屏蔽

中圖分類號：TM31 " "文獻標志碼：A " "文章編號：1671-0797（2023）02-0006-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.02.002

0 " "引言

某2×125 MW火力發電廠采用發電機—變壓器—線路組單元接線，發電機為自并勵單元制機組，出口電壓為13.8 kV。該廠勵磁系統（GEX-2503）采用自并勵靜止勵磁方式，勵磁電壓為466 V，勵磁電流為2 816 A，連接在發電機機端的勵磁變壓器經靜態可控硅整流裝置為發電機提供勵磁電源；配備了由勵磁變壓器、自動勵磁調節裝置、可控硅整流柜、滅磁及轉子過電壓保護柜、起勵裝置、分線柜等組成的起勵裝置[1]。滅磁回路采用非線性電阻滅磁，滅磁開關為ABB生產的DW10-600M。

勵磁系統是同步發電機的重要組成部分，而滅磁開關又是勵磁系統重要的組成部件之一，是接通和切斷勵磁裝置與發電機勵磁繞組關聯的唯一途徑[2]。滅磁開關的可靠性和靈敏性直接影響到發電機組的安全可靠運行，當滅磁開關的繼電器、接觸器等元器件性能下降或二次控制回路發生故障，拒動或誤動都會給電廠運行系統帶來一定風險，造成經濟損失[3]。

1 " "事故經過

某日，機組接帶負荷90 MW，發電機勵磁系統運行正常。

09：41：35，DCS系統顯示“滅磁開關跳閘”狀態信號，發電機滅磁開關跳閘。

09：41：35.714，DCS系統顯示“AVR CHⅡ故障”狀態信號；勵磁調節器“低勵限制”動作，調節器通道Ⅰ故障。

09：41：35.747，DCS系統顯示“AVR CHⅠ故障”；勵磁調節器“低勵限制”動作，調節器通道Ⅱ故障。

09：41：35，發變組保護A柜下層失磁保護t1動作，發出信號。

09：41：35，發變組保護A柜下層失磁保護t2動作，切換廠用電。

09：41：35.140，線路故障錄波器×××回線Ia、Ib、Ic、Io電流突變量啟動。

09：41：35.301，發變組保護A柜下層失磁保護t4動作，機組解列。

2 " "故障檢查

2.1 " "保護裝置檢查

事故發生后，檢修人員對照失磁保護定值表1、保護出口邏輯圖1，對發變組保護A柜下層失磁t1、t2、t4保護動作及故障錄波器動作進行分析，對發電機轉子及相關控制回路進行絕緣試驗。

（1）失磁保護t1動作記錄：CPUA保護動作時間09：41：35.466，電阻R=9.687 2 Ω；電抗X=-9.480 5 Ω；轉子電壓Vfd=9.155 7 V；發電機出口電壓Ug1=84.840 2 V；系統電壓Uh1=57.384 1 V。CPUB保護動作時間09：41：35.816，電阻R=9.687 9 Ω；電抗X=-9.480 4 Ω；轉子電壓Vfd=

8.901 8 V；發電機出口電壓Ug1=85.812 V；系統電壓Uh1=

57.387 8 V。

根據失磁保護t1動作邏輯，正確動作，出口發信。

（2）失磁保護t2動作記錄：CPUA保護動作時間09：41：36.463，電阻R=6.268 9 Ω；電抗X=-8.527 8 Ω；轉子電壓Vfd=8.850 9 V；發電機出口電壓Ug1=82.169 8 V；系統電壓Uh1=57.384 6 V。CPUB保護動作時間09：41：36.819，電阻R=6.207 1 Ω；電抗X=-8.478 Ω；轉子電壓Vfd=8.850 9 V；發電機出口電壓Ug1=82.233 8 V；系統電壓Uh1=57.498 6 V。

根據失磁保護t2動作邏輯，正確動作，出口切廠用電源。

（3）失磁保護t4動作記錄：CPUA保護動作時間09：41：37.059，電阻R=5.361 1 Ω；電抗X=-8.032 2 Ω；轉子電壓Vfd=7.630 1 V；發電機出口電壓Ug1=81.223 2 V；系統電壓Uh1=57.205 5 V。CPUB保護動作時間09：41：37.408，電阻R=5.385 3 Ω；電抗X=-8.032 1 Ω；轉子電壓Vfd=7.630 1 V；發電機出口電壓Ug1=81.184 9 V；系統電壓Uh1=57.269 2 V。

根據失磁保護t4動作邏輯，正確動作，出口跳主變高壓側開關，聯跳汽輪機。

（4）故障錄波器動作情況為：時間09：41：37.139，×××回線Ia、Ib、Ic、Io電流突變量啟動，故障前錄波數據Ia=3.642 A，Ib=3.658 A，Ic=3.653 A，Io=0.031 A；故障后錄波數據Ia=1.778 A，Ib=0.469 A，Ic=0.004 A，Io=1.391 A，正序電流突變量定值為0.7 A；零序電流突變量定值為1 A，從故障錄波數據分析，Ia、Ib、Ic、Io突變量啟動均為正確動作。

（5）用1 000 V搖表對發電機轉子進行絕緣和直流電阻試驗，絕緣電阻大于0.5 MΩ，直流電阻125 mΩ，試驗合格。

（6）檢查發變組保護A至滅磁開關跳閘線圈控制電纜接線，接線緊固，未松動；用500 V搖表對控制電纜進行對地絕緣試驗，絕緣電阻大于0.5 MΩ，試驗合格。檢查發變組保護A柜接地線絕緣良好，未見異常。

2.2 " "DCS信號檢查及勵磁系統220 V直流電源檢查

檢修人員對DCS程控系統相關指令及模塊進行檢查。

（1）檢查DCS至滅磁開關分合閘指令信號，未見異常。

（2）檢查DCS至滅磁開關分合閘指令控制模塊，接線緊固，絕緣良好。

（3）檢查勵磁系統220 V直流電源，存在負極接地異常現象，負極對地電壓：0 V。檢修人員隨即采用拉路法查找直流電源段接地負荷，發現一處事故照明負極接地。

2.3 " "勵磁系統靜態試驗及滅磁開關二次控制回路檢查

（1）檢查滅磁開關至發變組保護A柜二次控制電纜屏蔽線，接地良好，未見異常。

（2）檢查滅磁開關至勵磁調節器柜二次控制電纜屏蔽線，發現二次電纜屏蔽線只在滅磁開關柜接地，未將調節器屏與滅磁開關柜同時接地，不符合反措及規范要求。

（3）檢查滅磁開關二次跳閘回路接線，通過圖2可知，分閘回路跳閘線圈Y01回路是通過接觸器MK、延時繼電器K2動作來完成跳閘。檢修人員對延時繼電器K2進行動作電壓測試，Uv=9 V。延時繼電器K2選型為AC/DC24～240 V，最小動作電壓應為13.2 V，不滿足動作電壓應為額定電源電壓的55%～70%的反措要求[4-5]。

（4）勵磁系統靜態試驗，對勵磁調節器進行開入開出檢查，勵磁通道I、Ⅱ所有開關量狀態及信號正常，模擬量采集準確；聯鎖回路聯跳正常；滅磁開關就地/遠方合跳正常；#1～#3功率柜報警信號輸出正確；風機啟停回路正確，且控制電源可靠切換；自動/手動起勵動作正確，起勵保險與電阻配置合適。

3 " "跳閘原因分析

從檢查中可以確定：

（1）滅磁開關沒有收到來自DCS系統的分閘信號、發變組保護A柜出口信號。

（2）相關跳閘二次回路接線均緊固，絕緣良好。

（3）一處事故照明負極接地，造成接帶勵磁系統220 V直流電源的母線負極對地電壓為0 V。

（4）滅磁開關至勵磁調節器柜二次控制電纜屏蔽線不符合反措及規范要求。

（5）延時繼電器K2（AC/DC24～240 V）動作電壓Uv=9 V，不滿足動作電壓應為額定電源電壓的55%～70%的規定。

（6）勵磁系統重要元器件未定期進行動作性能試驗，電氣技術人員對勵磁系統重要設備相關技術參數、行業反措標準要求掌握不全，對能夠導致滅磁開關誤跳閘的危險辨識不清。

綜上所述，導致此次滅磁開關誤跳閘的原因為延時繼電器K2直流輸入回路存在電源擾動，延時繼電器K2選型不滿足反措技術要求，抗干擾性能差，發生誤動作。

4 " "防范措施

（1）根據生產廠家技術人員建議，更換滅磁開關分閘回路中的繼電器K2（DC220 V），動作電壓滿足220 V×55%=121 V的反措要求。（2）勵磁系統相關二次控制回路電纜屏蔽線全部改為雙股線，確保接地可靠，提高設備、控制回路電纜抗干擾性。（3）對重要系統直流控制電源加強點檢、監測，及時消除故障隱患。（4）對現場事故照明電源進行改造，在直流電源與事故照明負荷之間加裝UPS電源，將事故照明電源由直流電改為交流電。（5）對發變組重要輔助元器件制定檢修計劃表，定期進行性能試驗，更換不符合技術要求的繼電器等。

5 " "結語

勵磁系統作為發電機的重要組成部分，正確的操作和使用非常重要。進口滅磁開關在勵磁系統中被廣泛應用，這次對滅磁開關誤跳閘現象分析、事故原因查找等，一定程度上暴露出電氣相關技術人員對進口設備技術參數、性能掌握不全，對發電機勵磁系統相關技術資料、國家行業標準學習不夠的問題。在今后的工作中，要加強對重要系統原理及設備維護技術的學習，提高專業技能；對重要系統接觸器、繼電器進行周期性性能測試，利用機組檢修校驗動作值，避免類似故障事件再次發生。

[參考文獻]

[1] 陳國雄.一起發電機失磁保護動作跳閘事故原因分析[J].通信電源技術，2020，37（8）：237-239.

[2] 關汝聰.分析發電機滅磁開關故障原因[J].科技創業家，2013（7）：128-129.

[3] 關悅.電力系統繼電保護可靠性研究[J].光源與照明，2022（4）：180-182.

[4] 繼電保護和電網安全自動裝置檢驗規程：DL/T 995—2016[S].

[5] 國家電網公司.國家電網公司十八項電網重大反事故措施[M].北京：中國電力出版社，2007.

收稿日期：2022-09-02

作者簡介：黃釗洋（1990—），男，甘肅嘉峪關人，助理工程師，研究方向：火力發電廠勵磁系統滅磁開關。