徐鵬煜，陳 強(qiáng)

(河南電力試驗(yàn)研究院，河南 鄭州 450052)

在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，提高和維護(hù)同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性，是保證電力系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的基本條件之一。在眾多改善同步發(fā)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的措施中，運(yùn)用現(xiàn)代控制理論，提高勵(lì)磁系統(tǒng)的控制性能是公認(rèn)的經(jīng)濟(jì)有效的手段之一。因此，對(duì)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器來(lái)說(shuō)，功能先進(jìn)且全面的設(shè)計(jì)原理和優(yōu)秀的設(shè)備制造工藝是保證機(jī)組安全可靠運(yùn)行的必備條件。

現(xiàn)通過(guò)對(duì)某2×210MW電廠發(fā)生的一起發(fā)電機(jī)跳閘事故的分析，來(lái)說(shuō)明勵(lì)磁系統(tǒng)對(duì)發(fā)電機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要作用。

1 事故過(guò)程

某日08:45，電廠1號(hào)發(fā)電機(jī)AVC裝置正在進(jìn)行增磁操作過(guò)程中，轉(zhuǎn)子電壓突然大幅降低，轉(zhuǎn)子電流隨之減小，無(wú)功降低，使發(fā)電機(jī)運(yùn)行至進(jìn)相狀態(tài)；約2 s后，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器突變?yōu)閺?qiáng)勵(lì)狀態(tài)；約5 s后，發(fā)變組“勵(lì)磁繞組過(guò)負(fù)荷”保護(hù)動(dòng)作，將機(jī)組解列滅磁，“過(guò)激磁反時(shí)限”、“主變差動(dòng)”、“高廠變差動(dòng)”、“勵(lì)磁變差動(dòng)”同時(shí)動(dòng)作，調(diào)節(jié)器報(bào)“欠勵(lì)限制”動(dòng)作信號(hào)。

1號(hào)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)為機(jī)端自并勵(lì)方式，采用國(guó)內(nèi)某廠家生產(chǎn)的HWLT-4型微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，事故發(fā)生時(shí)調(diào)節(jié)器運(yùn)行在2通道。由于故障時(shí)發(fā)變組故障錄波器未啟動(dòng)，各電氣量的變化情況只能從DCS和發(fā)變組保護(hù)獲得。

故障前，發(fā)電機(jī)有功110MW，無(wú)功86.4 Mvar，定子電壓15.76kV，轉(zhuǎn)子電壓274V，轉(zhuǎn)子電流1311 A。

故障過(guò)程中，發(fā)電機(jī)無(wú)功最低-73.6 Mvar，最高165 Mvar；定子電壓最低13.53kV，最高23.47kV；發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓最低-40V；轉(zhuǎn)子電流最低369 A，最高5208 A。

2 設(shè)備試驗(yàn)檢查

2.1 定子電壓回路檢查

在調(diào)節(jié)器屏將2路PT輸入端子排并聯(lián)，外接三相48 V電壓，1通道正常顯示0.47 V；2通道顯示0.266V，是正常值的57 %左右。

在調(diào)節(jié)器測(cè)量板卡上測(cè)量電壓信號(hào)有短時(shí)中斷現(xiàn)象，檢查發(fā)現(xiàn)電壓回路相應(yīng)的插口有松動(dòng)，重新緊固后，兩通道電壓顯示均正常。

2.2 轉(zhuǎn)子電流回路檢查

轉(zhuǎn)子電流是通過(guò)勵(lì)磁變低壓側(cè)CT二次交流電流進(jìn)行間接測(cè)量的，對(duì)應(yīng)額定轉(zhuǎn)子電流1768 A時(shí)，測(cè)量電流值應(yīng)為2.89 A。

實(shí)際在此CT二次側(cè)加入電流，調(diào)節(jié)器顯示的數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。由表1可見(jiàn)轉(zhuǎn)子電流較大時(shí)顯示值失真，線性度非常不好。

進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)，此測(cè)量回路電阻線性度有問(wèn)題，更換電阻后再次檢查，調(diào)節(jié)器顯示正常。

表1 調(diào)節(jié)器測(cè)量到的轉(zhuǎn)子電流

2.3 PT斷線功能檢查

調(diào)節(jié)器2組PT回路分別外加電壓100V。

自動(dòng)方式下解除運(yùn)行通道PT回路的一相電壓，調(diào)節(jié)器報(bào)“機(jī)端電壓測(cè)量”報(bào)警信號(hào)；再解除一相，調(diào)節(jié)器由自動(dòng)運(yùn)行方式轉(zhuǎn)為手動(dòng)運(yùn)行方式。

先后解除2路PT回路各一相電壓，調(diào)節(jié)器亦由自動(dòng)運(yùn)行方式轉(zhuǎn)為手動(dòng)運(yùn)行方式。

采取降單相電壓的方式，在降至4 V左右時(shí)(對(duì)應(yīng)調(diào)節(jié)器顯示的發(fā)電機(jī)電壓為11.22kV)調(diào)節(jié)器報(bào)“機(jī)端電壓測(cè)量”報(bào)警信號(hào)。

2通道自動(dòng)方式運(yùn)行時(shí)，突降PT回路單相電壓10 %，30 %，50 %，70 %，轉(zhuǎn)子電流均明顯上升；突降PT回路單相電壓80 %以上，轉(zhuǎn)子電流無(wú)波動(dòng)，報(bào)“機(jī)端電壓測(cè)量故障”。

從以上PT回路試驗(yàn)情況來(lái)看，在PT回路發(fā)生不完全斷線或電壓測(cè)量回路出現(xiàn)異常時(shí)調(diào)節(jié)器不能可靠閉鎖強(qiáng)勵(lì)功能。

2.4 干擾試驗(yàn)

用干擾源(對(duì)講機(jī)等)接近調(diào)節(jié)器，其整流波形、顯示數(shù)據(jù)均正常。

2.5 調(diào)節(jié)器靜態(tài)試驗(yàn)

按調(diào)試大綱對(duì)調(diào)節(jié)器進(jìn)行了全面檢查和試驗(yàn)，靜態(tài)試驗(yàn)中低勵(lì)限制動(dòng)作正常。

2.6 調(diào)節(jié)器動(dòng)態(tài)試驗(yàn)

靜態(tài)試驗(yàn)全部完成并檢查無(wú)誤后，啟動(dòng)機(jī)組進(jìn)行勵(lì)磁調(diào)節(jié)器動(dòng)態(tài)試驗(yàn)。發(fā)電機(jī)空載額定電壓時(shí)調(diào)節(jié)器運(yùn)行通道PT斷線試驗(yàn)錄波如圖1所示。圖中Uab為發(fā)電機(jī)電壓，Uf為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓。

圖1 發(fā)電機(jī)空載PT斷線試驗(yàn)錄波圖

前半段為運(yùn)行通道PT單相斷線試驗(yàn)的波形，顯示發(fā)電機(jī)電壓、轉(zhuǎn)子電壓均有明顯振蕩，在發(fā)電機(jī)電壓下降至0.92倍額定值后緩慢回升。

后半段為模擬運(yùn)行通道PT單相接觸不良的試驗(yàn)波形，顯示轉(zhuǎn)子電壓多次出現(xiàn)先強(qiáng)勵(lì)再減磁的情況，幅值最高為2.3倍、最低為-1.6倍額定值，發(fā)電機(jī)電壓最低到0.85倍額定值。

試驗(yàn)表明，該調(diào)節(jié)器PT斷線功能存在較大隱患，不能有效閉鎖電壓測(cè)量回路的接觸不良狀態(tài)，亟待改善。

3 事故分析

3.1 發(fā)電機(jī)突然進(jìn)相的原因

發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，若轉(zhuǎn)子電流減小到一定程度，會(huì)使機(jī)組進(jìn)入進(jìn)相運(yùn)行狀態(tài)。造成轉(zhuǎn)子電流減小的原因大致有：

(1) 勵(lì)磁系統(tǒng)主回路開路或短路，造成發(fā)電機(jī)失磁。本次事故未出現(xiàn)此情況。

(2) 手動(dòng)減磁或外部進(jìn)行了勵(lì)磁退出操作。本次事故前AVC正在進(jìn)行增磁操作，且正常的減磁操作步長(zhǎng)較短，無(wú)功變化很??；勵(lì)磁退出操作伴隨著跳滅磁開關(guān)，且在發(fā)電機(jī)并網(wǎng)時(shí)被閉鎖。本次事故未出現(xiàn)此2種情況。

(3) 機(jī)端電壓突然升高。從DCS的記錄曲線來(lái)看，事故前機(jī)端電壓是正常的。但試驗(yàn)已證明調(diào)節(jié)器電壓測(cè)量回路存在的異常會(huì)造成電壓測(cè)量值偏低。

(4) 勵(lì)磁系統(tǒng)同步信號(hào)回路或脈沖形成及放大回路存在問(wèn)題，造成脈沖跳變或丟失。調(diào)節(jié)器靜態(tài)檢查中脈沖回路正常，事故時(shí)也未發(fā)出脈沖丟失的報(bào)警信號(hào)。

(5) 在靜態(tài)假負(fù)載狀態(tài)和發(fā)電機(jī)空載額定電壓時(shí)進(jìn)行PT斷線試驗(yàn)，當(dāng)一相PT回路或測(cè)量板電壓回路插頭出現(xiàn)接觸不良時(shí)，調(diào)節(jié)器輸出波形出現(xiàn)先強(qiáng)勵(lì)再減磁的波動(dòng)情況。

綜合來(lái)看，事故時(shí)機(jī)組的進(jìn)相現(xiàn)象應(yīng)該是第(5)種原因造成的。

3.2 進(jìn)相時(shí)低勵(lì)限制動(dòng)作但未能限制進(jìn)相的原因

事故前發(fā)電機(jī)有功為110MW，對(duì)應(yīng)低勵(lì)限制定值為無(wú)功進(jìn)相17 Mvar。

事故中低勵(lì)限制雖已報(bào)動(dòng)作信號(hào)，但發(fā)電機(jī)進(jìn)相無(wú)功達(dá)到73 Mvar，而沒(méi)被限制在17 Mvar。分析認(rèn)為，事故發(fā)生時(shí)調(diào)節(jié)器電壓測(cè)量回路因接觸不良而造成無(wú)功測(cè)量不正常，亦即發(fā)電機(jī)實(shí)際進(jìn)相73 Mvar時(shí)，調(diào)節(jié)器的無(wú)功測(cè)量值為進(jìn)相17 Mvar。

3.3 發(fā)電機(jī)的強(qiáng)勵(lì)原因分析

從電壓回路檢查情況可知，事故時(shí)運(yùn)行的2通道存在測(cè)量電壓偏低情況。機(jī)組失磁進(jìn)相后，機(jī)端電壓降至13.53kV，達(dá)到強(qiáng)勵(lì)條件，機(jī)端電壓最高上升到23.47kV，此時(shí)調(diào)節(jié)器運(yùn)行的2通道測(cè)量電壓值只相當(dāng)于13.37kV，故調(diào)節(jié)器仍應(yīng)處于強(qiáng)勵(lì)狀態(tài)而不會(huì)返回。

3.4 強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)過(guò)高而強(qiáng)勵(lì)限制未動(dòng)的原因

該調(diào)節(jié)器的轉(zhuǎn)子電流的強(qiáng)勵(lì)限制定值為2倍額定轉(zhuǎn)子電流，即轉(zhuǎn)子電流不應(yīng)超過(guò)3536 A。

靜態(tài)試驗(yàn)中，當(dāng)調(diào)節(jié)器顯示的轉(zhuǎn)子電流達(dá)到該定值時(shí)，轉(zhuǎn)子電流限制可以正常動(dòng)作。但通過(guò)之前的檢查可知，由于采樣回路失真，此時(shí)CT二次電流已經(jīng)達(dá)到8.5 A，相當(dāng)于直流側(cè)為5208 A；而當(dāng)輸入相當(dāng)于2倍額定轉(zhuǎn)子電流的二次電流5.8 A時(shí)，調(diào)節(jié)器顯示的轉(zhuǎn)子電流只有1850 A，遠(yuǎn)低于限制器動(dòng)作定值，因此事故發(fā)生時(shí)調(diào)節(jié)器因采樣偏差導(dǎo)致強(qiáng)勵(lì)限制并未動(dòng)作。

更換測(cè)量回路電阻后，調(diào)節(jié)器采樣正常。

3.5 綜合分析

根據(jù)前面幾項(xiàng)分析可初步認(rèn)定事故發(fā)生過(guò)程：機(jī)組勵(lì)磁調(diào)節(jié)器運(yùn)行在2通道，因調(diào)節(jié)器PT斷線，不能有效閉鎖PT回路出現(xiàn)的接觸不良，造成發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行；由于2通道電壓測(cè)量回路有插口松動(dòng)，電壓測(cè)量值為正常值的57 %，導(dǎo)致無(wú)功計(jì)算偏小，低勵(lì)限制未能阻止發(fā)電機(jī)深度進(jìn)相；發(fā)電機(jī)進(jìn)相73 Mvar時(shí)，發(fā)電機(jī)實(shí)際電壓降至13.53kV，達(dá)到強(qiáng)勵(lì)條件，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器強(qiáng)勵(lì)運(yùn)行；由于勵(lì)磁調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)子電流測(cè)量失真，轉(zhuǎn)子電流限制器未能限制轉(zhuǎn)子電流的上升；強(qiáng)勵(lì)后，勵(lì)磁電流、發(fā)電機(jī)電壓大幅升高，發(fā)變組“勵(lì)磁繞組過(guò)負(fù)荷”保護(hù)達(dá)到定值后動(dòng)作。

4 解決措施

(1) 全面檢查處理并重新校準(zhǔn)轉(zhuǎn)子電流測(cè)量回路，使測(cè)量及限制功能正常。

(2) 對(duì)同步信號(hào)回路和脈沖形成及放大回路進(jìn)行了詳細(xì)檢查，無(wú)接線松動(dòng)、損壞、插接不良的情況。

(3) 從PT根部到調(diào)節(jié)器屏內(nèi)電壓測(cè)量板，對(duì)電壓回路進(jìn)行了詳細(xì)檢查，排除接觸不良、電纜損壞、寄生回路等情況，絕緣檢查合格，PT二次電壓波形及幅值光滑、正確。

(4) 按調(diào)試大綱要求對(duì)調(diào)節(jié)器進(jìn)行了全面檢查和試驗(yàn)；按新調(diào)節(jié)器投運(yùn)試驗(yàn)要求完成各項(xiàng)動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，試驗(yàn)合格。

(5) 采取下列臨時(shí)措施，以防止發(fā)電機(jī)在機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行中出現(xiàn)異常后緊急停機(jī)，使事故擴(kuò)大。

① 將強(qiáng)勵(lì)時(shí)間由20s改為10s。

② PT斷線功能有待廠家完善，在電壓回路出現(xiàn)異常時(shí)應(yīng)可靠避免誤強(qiáng)勵(lì)。在PT斷線保護(hù)功能完善以前，將發(fā)電機(jī)過(guò)電壓保護(hù)定值由目前的1.3倍額定電壓、延時(shí)0.5 s出口跳機(jī)，改為1.2倍額定電壓、延時(shí)0.15 s出口跳機(jī)，使事故時(shí)發(fā)電機(jī)能盡快與系統(tǒng)解列，避免對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定造成不利影響。

③ 運(yùn)行維護(hù)人員應(yīng)加強(qiáng)對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的巡視，檢查調(diào)節(jié)器的測(cè)量顯示值及報(bào)警信號(hào)是否正常。

④ 在機(jī)組運(yùn)行出現(xiàn)異常的大幅波動(dòng)時(shí)，運(yùn)行人員應(yīng)盡快將機(jī)組解列。

5 結(jié)束語(yǔ)

本次事故暴露出的問(wèn)題，如調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)子電流測(cè)量值偏差嚴(yán)重，發(fā)變組故障錄波器不能正常工作等，顯示設(shè)備運(yùn)行維護(hù)工作不到位。

本次事故前幾天，1號(hào)機(jī)已發(fā)生了PT異常情況，卻在沒(méi)有完全查明原因的情況下維持機(jī)組運(yùn)行且未采取任何措施，忽視了設(shè)備本身存在問(wèn)題的可能，表明事故預(yù)想工作不夠到位。

調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)缺陷是造成本次事故擴(kuò)大的主要原因，建議聯(lián)系廠家盡快實(shí)現(xiàn)軟件升級(jí)，消除缺陷，或更換為功能完善的產(chǎn)品。

具有同類型調(diào)節(jié)器的電廠應(yīng)從此次事故中吸取教訓(xùn)，及時(shí)采取有效措施(如利用勵(lì)磁變過(guò)流的方法抑制誤強(qiáng)勵(lì))，避免類似情況的發(fā)生。

1 李基成. 現(xiàn)代同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用[M]. 北京：中國(guó)電力出版社，2009.

2 龍俊平. 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁誤強(qiáng)勵(lì)原因探討[J]. 繼電器，2006，34(19):71～74.