邱建 辜永清 張生棚

摘 要：針對近期金安橋水電站一起發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)逆變失敗事故，文章介紹了勵磁系統(tǒng)逆變滅磁原理及其控制，分析了逆變失敗的主要原因，提出了解決方案，對其他電廠避免發(fā)生類似事件具有借鑒意義。

關(guān)鍵詞：勵磁系統(tǒng);滅磁;逆變失敗

中圖分類號：TM622

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

金安橋水電站位于云南省麗江市，金沙江中段，裝機(jī)容量為4×600MW，發(fā)電機(jī)勵磁方式為機(jī)端自并勵，靜止可控硅整流方式。勵磁系統(tǒng)采用東方電機(jī)控制設(shè)備有限公司生產(chǎn)的GES6630勵磁系統(tǒng)。勵磁系統(tǒng)一般由勵磁變壓器、勵磁調(diào)節(jié)柜、勵磁整流柜、滅磁及過電壓保護(hù)柜組成。

一、滅磁概述

發(fā)電機(jī)滅磁是勵磁系統(tǒng)的一項重要功能，是指將發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場能量通過某種形式快速消耗掉，從而使發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓消失的過程。滅磁可分為兩大類：正常停機(jī)滅磁和事故停機(jī)滅磁。

發(fā)電機(jī)正常停機(jī)時一般采用逆變滅磁，利用三相全控橋的逆變工作狀態(tài)，控制角大于90°，此時勵磁電源極性改變，以反電勢加于勵磁繞組，使勵磁電流快速衰減到零。當(dāng)發(fā)電機(jī)內(nèi)部或電力系統(tǒng)發(fā)生諸如短路及接地等事故時，勵磁系統(tǒng)收到事故跳閘命令，通過磁場斷路器切斷勵磁電流，并通過磁場斷路器常閉觸頭、可控硅跨接器等方式將滅磁電阻接入磁場回路，并將蓄藏在磁場繞組中的磁場能量快速消耗，避免事故擴(kuò)大，其滅磁原理如圖1所示。

二、事故過程

2018年1月27日金安橋水電站進(jìn)行#3機(jī)組甩300MW負(fù)荷試驗，試驗過程中出現(xiàn)以下問題：①機(jī)械過速造成緊急事故停機(jī);②緊急事故停機(jī)流程啟動，監(jiān)控開出勵磁切除令至3號機(jī)組勵磁，勵磁系統(tǒng)在逆變過程中報出逆變失敗信號，隨后跳磁場開關(guān)進(jìn)行滅磁，具體過程如下：

（1）3號機(jī)組帶300MW負(fù)荷并網(wǎng)運(yùn)行;

（3）2018-01-27 21：41 ：50 #3機(jī)組斷路器分閘操作成功;

（3）2018-01-27 21：41：55 轉(zhuǎn)速>115%Ne導(dǎo)葉空載以上且主配拒動，3號機(jī)組緊急事故停機(jī)操作;

（4）2018-01-27 21：41：52 #3號機(jī)組緊急事故停機(jī)操作成功;

（5）2018-01-27 21：41：55 #3機(jī)組開出勵磁切除令;

（6）2018-01-27 21：42：02 3號機(jī)組勵磁系統(tǒng)報出逆變失敗信號，跳磁場開關(guān)滅磁。

三、事故分析

1.逆變失敗判斷邏輯

勵磁調(diào)節(jié)器接收到遠(yuǎn)方開入或人機(jī)界面“勵磁切除令”后，進(jìn)入逆變滅磁流程，將可控硅觸發(fā)角設(shè)定到逆變角（140°），同時監(jiān)測機(jī)端電壓。在500個程序循環(huán)周期內(nèi)（11.5秒）機(jī)端電壓沒有降至0.05pu（5%）以下，就判斷為逆變失敗并向監(jiān)控開出“逆變失敗”信號，如圖2所示。

2.人機(jī)界面錄波分析

事故后，首先調(diào)取了勵磁系統(tǒng)人機(jī)界面故障錄波裝置錄取的波形，如圖3所示。

從圖3可以看出，當(dāng)勵磁系統(tǒng)收到勵磁切除令后，立刻將可控硅觸發(fā)角設(shè)定為140°，勵磁電流迅速衰減，機(jī)端電壓隨之降低。由此可見，事故時勵磁調(diào)節(jié)器、整流橋動作正確，沒有出現(xiàn)調(diào)節(jié)器失控或逆變顛覆的現(xiàn)象。從圖3也可看出，機(jī)端電壓在下降到一個門檻值后相較于勵磁電流下降得非常緩慢。正是由于機(jī)端電壓的緩慢下降，導(dǎo)致勵磁系統(tǒng)檢測到的機(jī)端電壓滿足逆變失敗的邏輯判斷條件。

3.PMU數(shù)據(jù)分析

排除了勵磁系統(tǒng)本身故障之后，現(xiàn)場又調(diào)取了PMU保存的數(shù)據(jù)，試圖找到機(jī)端電壓緩慢下降的原因，如上表所示。

由上表可以看出，從21：41：55接收到“勵磁切除令”后，勵磁系統(tǒng)進(jìn)入逆變滅磁流程，勵磁電壓（逆變過程中應(yīng)為負(fù)值，PMU顯示為0）、勵磁電流逐步降低，5s后，勵磁電流迅速降至3%以下，此時機(jī)端電壓降至13%，機(jī)組轉(zhuǎn)速為0;10s后，勵磁電流降至1.5%左右，此時機(jī)端電壓降至8.5%，機(jī)組轉(zhuǎn)速為109;11.5s后，即21：42：07時，勵磁電流降至1%左右，此時機(jī)端電壓為7.2%，機(jī)組轉(zhuǎn)速為106;由于機(jī)端電壓未降至5%以下，勵磁系統(tǒng)判定“逆變失敗”。

將發(fā)電機(jī)簡化為一個有效長度為l的導(dǎo)體在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場中以速度v運(yùn)動，則其感應(yīng)電動勢：e=Blv，由此可知，導(dǎo)致機(jī)端電壓下降變得緩慢的原因是機(jī)組轉(zhuǎn)速的升高。

四、事故結(jié)論

金安橋甩負(fù)荷試驗過程中，由于主配壓閥拒動進(jìn)入緊急事故停機(jī)流程，勵磁系統(tǒng)逆變滅磁過程正確，勵磁電流迅速降低至接近0。由于主配壓閥拒動，甩負(fù)荷機(jī)組轉(zhuǎn)速升高后調(diào)速器無法對轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而導(dǎo)致機(jī)端電壓沒有在11.5s以內(nèi)降至5%以下，而勵磁系統(tǒng)中沒有考慮機(jī)組轉(zhuǎn)速升高的因素，導(dǎo)致“逆變失敗”報出。

五、整改措施

考慮到機(jī)組轉(zhuǎn)速對機(jī)端電壓的影響，在逆變失敗邏輯判斷中引入機(jī)端電壓和機(jī)組頻率（轉(zhuǎn)速）的比值，如圖4所示。

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