李志鵬 孔海波

摘 要：勵磁系統(tǒng)在運(yùn)行時由于受到諸多內(nèi)外因素的影響常出現(xiàn)一些故障，影響其作用的發(fā)揮。為此，有必要通過分析掌握勵磁系統(tǒng)常見故障類型與產(chǎn)生原因，為故障防治提供參考，明確故障產(chǎn)生原因與處理方法，旨在為發(fā)電機(jī)組安全運(yùn)行提供保障。

關(guān)鍵詞：電廠;發(fā)電機(jī);勵磁系統(tǒng);故障處理

1 電廠大型汽輪發(fā)電機(jī)無刷勵磁系統(tǒng)常見故障分析

1.1 故障基本情況

湖南某電廠采用300MW大型汽輪發(fā)電機(jī)，其勵磁方式主要為無刷勵磁在機(jī)組運(yùn)行一年內(nèi)，共出現(xiàn)30余次故障，以失磁跳機(jī)為主。之后由于鍋爐發(fā)生爆管進(jìn)行停機(jī)修復(fù)之后，重新實(shí)施并網(wǎng)，發(fā)電機(jī)組突然發(fā)生跳機(jī)，根據(jù)故障信號判別為失磁跳機(jī)。從發(fā)生跳機(jī)時的機(jī)組功率及線電壓可以看出，無功功率大幅下降，降至-165Mvar，說明在這種情況下電壓快速下降。事故發(fā)生后，在沒有進(jìn)行檢查的條件下，機(jī)組又沖轉(zhuǎn)至3000轉(zhuǎn)，在自動模式下AVR再次投入勵磁，在線電壓升高到13kV后AVR通道全部跳閘。將自動模式改成手動，二次進(jìn)行起勵，但電壓并未升高。結(jié)合測量結(jié)果，當(dāng)定子磁場電流≥80A時，電壓不足5kV，比額定值低很多。測量轉(zhuǎn)子絕緣，轉(zhuǎn)子對地絕緣電阻等于0。此外，從保護(hù)裝置記錄中還發(fā)現(xiàn)有報警信號，操作人員復(fù)歸4次都未能成功。由此可知，事故發(fā)生前轉(zhuǎn)子已經(jīng)有一點(diǎn)接地，因人員未對此重視并做正確處理，使其繼續(xù)投運(yùn)，導(dǎo)致2號機(jī)組有兩點(diǎn)同時接地，引起失磁進(jìn)相，使保護(hù)動作跳閘。

1.2 系統(tǒng)檢查

1）AVR檢查。硬件與使用功能都未出現(xiàn)異常，但1、2號機(jī)組所用保護(hù)設(shè)置完全不同，2號機(jī)組的有效保護(hù)設(shè)置不足1號機(jī)組50%，保護(hù)深度相對較小。

2）電氣檢查。（1）永磁機(jī)。由于所用電纜的規(guī)格與材料存在問題，因此永磁機(jī)至AVR交流側(cè)與AVR至定子直流側(cè)的壓降不合理，出現(xiàn)偏大的趨勢。（2）故障錄波器。由于錄波器未設(shè)置啟動參數(shù)，因此在發(fā)生故障時無法正常啟動錄波。（3）電氣保護(hù)與整定。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果可知，故障跳閘基本邏輯屬于ClassA，但業(yè)主將其改為ClassB，使跳機(jī)時間被大幅延長。此外，2號機(jī)組的低勵保護(hù)功能參數(shù)深于AVR，而1號機(jī)組淺于AVR，在保護(hù)邏輯方面存在矛盾。

1.3 故障原因

1.3.1 電網(wǎng)實(shí)際情況

根據(jù)電廠所處電網(wǎng)實(shí)際情況可知，該電廠機(jī)組均運(yùn)行在孤網(wǎng)中，交流勵磁發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。當(dāng)磁場以一定速度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)時，磁場相對轉(zhuǎn)子以以下速度旋轉(zhuǎn)：ωc=ω0-ωr（1）式中，ω0為電角速度（定子側(cè)電源）;ωr為電角速度（轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)）;ωc為磁場相對轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度。由此可得轉(zhuǎn)子勵磁電流頻率和定子電流頻率間的關(guān)系：fc=f0S（2）式中，fc為轉(zhuǎn)子勵磁電流頻率;f0為定子電流頻率;S為轉(zhuǎn)差率。電網(wǎng)的基本情況如下：

1）工況一：因電網(wǎng)容量較小，且受到負(fù)荷的影響，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)實(shí)際輸出功率存在三相不平衡問題。2）工況二：發(fā)電機(jī)運(yùn)行于低頻的情況，該工況的頻率均值為46.5Hz左右。3）工況三：發(fā)電機(jī)運(yùn)行于電壓極低狀況。從上述異常情況中可以看出，電網(wǎng)較為薄弱，常出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，如電壓波動和不平衡負(fù)荷等。

1.3.2 跳機(jī)原因

1）機(jī)組在某負(fù)荷條件下的壓降對比見表1。

2）強(qiáng)勵條件下入口電壓的對比。從強(qiáng)勵條件下的參數(shù)可知，如果1號機(jī)組在310MW/57Mvar狀態(tài)下強(qiáng)勵時，PMG電壓和入口電壓分別為79.3V與68V;2號機(jī)組在相同狀態(tài)下的強(qiáng)勵PMG端口電壓和入口電壓分別為70.2V與46.4V，二者相差1/3。

因2號機(jī)組在加工時沒有質(zhì)量事故和隱患，所以本次故障發(fā)生時由于電網(wǎng)電壓不穩(wěn)定使機(jī)組反復(fù)受到?jīng)_擊而產(chǎn)生跳機(jī)，此外在機(jī)械、電和熱的同時作用下，轉(zhuǎn)子絕緣頻繁受到損傷，發(fā)生一點(diǎn)接地故障。在發(fā)生事故以前已經(jīng)有一點(diǎn)接地，未進(jìn)行有效處理，2號機(jī)組繼續(xù)運(yùn)行，繼而出現(xiàn)兩點(diǎn)接地。此外，在發(fā)生跳機(jī)后又未進(jìn)行檢查，再次實(shí)施空載運(yùn)行，使得事故不斷惡化，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子受到嚴(yán)重?fù)p。

1.4 故障處理

1.4.1 AVR改進(jìn)

1）檢查AVR使用功能，通過對裝置的保護(hù)參數(shù)及限制參數(shù)的有效優(yōu)化，提升動態(tài)性能，同時結(jié)合回路電纜與PMG的實(shí)時更換，為2號機(jī)組運(yùn)行安全提供可靠保障。2）積極與廠家聯(lián)系溝通，盡快制定整定規(guī)范，根據(jù)機(jī)組實(shí)際運(yùn)行情況對功能參數(shù)進(jìn)行整定，從而保證其運(yùn)行安全和穩(wěn)定性。

1.4.2 故障錄波裝置改進(jìn)

1）按照現(xiàn)行技術(shù)規(guī)范，根據(jù)發(fā)電廠及變電所具有的重要作用，采用獨(dú)立式錄波器。2）合理調(diào)整設(shè)定值。

2 電廠自并勵靜止勵磁系統(tǒng)常見故障

2.1 故障基本情況

某電廠8號勵磁變高壓B相電流互感器通過檢測發(fā)現(xiàn)有電流突變，同時在較短時間內(nèi)達(dá)到飽和限幅的狀態(tài)，40ms以后主變發(fā)生差動保護(hù)動作，又10ms后滅磁開關(guān)動作，導(dǎo)致機(jī)組跳機(jī)

2.2 系統(tǒng)檢查

1）勵磁變外殼。勵磁變過去發(fā)生過爆炸，目前僅?？蚣?，變形嚴(yán)重且存在放電痕跡。2）本體與電流互感器。本體高壓繞組B相絕緣上部分出現(xiàn)開裂，且內(nèi)部銅繞線出現(xiàn)變形和移位。3）高壓離相母線。離相母線和勵磁變的連接線出現(xiàn)斷裂與彎曲，外罩的變形較為嚴(yán)重。

2.3 故障產(chǎn)生原因

1）從故障錄波圖中可看出，B相回路為事故起始點(diǎn)，因電流互感器錄到有短路電流存在，故短路時也有勵磁變電流互感器及高壓繞組的參與。2）勵磁變電動力已超出穩(wěn)定極限，其上半部分絕緣出現(xiàn)開裂，且高壓繞組也出現(xiàn)變形與移位。3）故障之所以會擴(kuò)大，一方面是因為電流互感器自身動穩(wěn)定特性難以承受短路產(chǎn)生的初始電流，另一方面是流經(jīng)電流互感器的電流持續(xù)增大，無法承受，出現(xiàn)三相短路。

2.4 故障處理

1）在大修作業(yè)中除進(jìn)行常規(guī)試驗以外，還需進(jìn)行感應(yīng)電壓試驗，以此來增強(qiáng)考核力度，達(dá)到保證勵磁變壓器自身質(zhì)量的目的。2）勵磁變壓器的高壓側(cè)電流互感器重新按照穿心式進(jìn)行提供，舍棄傳統(tǒng)的澆注式，盡管其不涉及穩(wěn)定特性，但仍然有電氣距離與電場平衡等方面的問題，除了要對電流互感器布置進(jìn)行全面評估，還要切實(shí)做好后期維護(hù)工作;對整流元件均流及均壓情況進(jìn)行檢查，要求均流系數(shù)不得小于0.85，即：平均輸出量最大輸出量≥0.85。3）建議直接取消絕緣隔板，雖然設(shè)置絕緣隔板不是造成本次故障的主要原因，但因所用環(huán)氧板具有吸潮特性，且安轉(zhuǎn)位置需要特別分析。先前設(shè)置的絕緣隔板可能不僅無法起到預(yù)期的隔離作用，還會因為受潮而影響電氣絕緣，繼而產(chǎn)生爬電。

3 結(jié)語

雖然以上兩個實(shí)例并不足以代表全部勵磁系統(tǒng)故障類型、產(chǎn)生原因和處理方法，但經(jīng)過深入的分析，仍可深入了解并掌握部分故障，為電廠大型發(fā)電機(jī)組維護(hù)工作提供參考，同時也為發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)日后研究工作積累寶貴經(jīng)驗，進(jìn)而在保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行方面發(fā)揮應(yīng)有作用。

參考文獻(xiàn)

[1]賀永剛，趙鐵英.UNITROL6800勵磁系統(tǒng)故障引起跳機(jī)原因分析及改進(jìn)[J].電工電氣，2016（10）：31-35，56.