王立華

（國(guó)家能源費(fèi)縣發(fā)電有限公司，山東 臨沂273425）

在分析生產(chǎn)實(shí)際問(wèn)題中，運(yùn)行人員應(yīng)積極發(fā)揮業(yè)務(wù)特長(zhǎng)。作為運(yùn)行人員，筆者曾及時(shí)解決過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的幾類發(fā)電機(jī)組異常。本文也以此為基礎(chǔ)，就如何分析異常，總結(jié)規(guī)律。

某廠1 號(hào)、3 號(hào)發(fā)電機(jī)組額定功率均為300MW，額定電壓20kV，額定電流10189A，裝設(shè)常規(guī)發(fā)電機(jī)保護(hù)，配置有永磁副勵(lì)磁機(jī)的發(fā)電機(jī)交流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)（見(jiàn)圖），通過(guò)監(jiān)視主勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁參數(shù)反映勵(lì)磁系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，其空載勵(lì)磁電流57A，空載勵(lì)磁電壓3.84V。

1 發(fā)電機(jī)異常案例分析

1.1 發(fā)電機(jī)電壓表指示有誤，影響并網(wǎng)10 個(gè)小時(shí)

2001 年10 月6 日，1 號(hào)機(jī)組多次并網(wǎng)操作中，自動(dòng)同期裝置均不能輸出合閘信號(hào)，導(dǎo)致10 個(gè)小時(shí)不能并網(wǎng)；并伴隨過(guò)激磁V/HZ 保護(hù)動(dòng)作報(bào)警,但發(fā)電機(jī)電壓表計(jì)指示為20kV、空載頻率指示50HZ，均為額定值。期間，電氣維修人員對(duì)自動(dòng)同期裝置、AVR 系統(tǒng)、并網(wǎng)TV 二次電壓輸出、各測(cè)量回路、電氣保護(hù)及邏輯、并網(wǎng)斷路器及其操作回路等進(jìn)行了全面排查，未發(fā)現(xiàn)異常。

當(dāng)了解上述情況后，立即建議更換發(fā)電機(jī)20kV 電壓表。措施采納后，發(fā)電機(jī)很快并網(wǎng)成功。即在不到10 分鐘內(nèi)解決了10個(gè)小時(shí)不能并網(wǎng)的重大事件。異常的正確判斷，是由一組數(shù)據(jù)開(kāi)始的。當(dāng)時(shí)，發(fā)電機(jī)出口電壓及主勵(lì)磁機(jī)空載勵(lì)磁電流、勵(lì)磁電壓表指示分別為20kV、60.5A、4.05V。在正?？蛰d額定運(yùn)行時(shí)，由于定子鐵芯磁通未進(jìn)入磁飽和狀態(tài)，上述三個(gè)特性數(shù)據(jù)相互之間應(yīng)為線性比例（或接近線性比例）關(guān)系，而當(dāng)時(shí)這種對(duì)應(yīng)關(guān)系實(shí)際發(fā)生了一點(diǎn)偏差。即勵(lì)磁參數(shù)60.5A、4.05V 之間呈現(xiàn)對(duì)應(yīng)關(guān)系，而勵(lì)磁參數(shù)60.5A、4.05V 與發(fā)電機(jī)出口電壓20kV之間均不能比例對(duì)應(yīng)。并且主勵(lì)磁機(jī)空載勵(lì)磁電流、勵(lì)磁電壓已大于額定空載數(shù)值（57A、3.84V）5%左右，而發(fā)電機(jī)電壓為20kV，等于額定值。

由此可判斷：既然勵(lì)磁參數(shù)之間符合比例關(guān)系，那么主勵(lì)磁機(jī) 空載勵(lì)磁電流、勵(lì)磁電壓表應(yīng)判斷為指示準(zhǔn)確；而由發(fā)電機(jī)電壓與空載勵(lì)磁電流、勵(lì)磁電壓均不成比例，且已校驗(yàn)其傳感器輸出正常，可初步判斷發(fā)電機(jī)電壓表表頭指示有誤，即偏小。這是此次異常分析的關(guān)鍵。因勵(lì)磁參數(shù)已超過(guò)空載值，雖然發(fā)電機(jī)電壓表計(jì)指示相對(duì)偏小，但實(shí)際開(kāi)入同期裝置的電壓量可能已偏大，并超出允許范圍，這同時(shí)可由V/HZ 保護(hù)報(bào)警證實(shí)，并由此保護(hù)動(dòng)作閉鎖了自動(dòng)同期裝置，所以機(jī)組不能并網(wǎng)。并網(wǎng)時(shí)，操作及技術(shù)人員疏忽了主勵(lì)磁機(jī)空載勵(lì)磁電流、勵(lì)磁電壓與發(fā)電機(jī)電壓數(shù)值的線性對(duì)應(yīng)關(guān)系，過(guò)度依賴指示有誤的發(fā)電機(jī)電壓表，為滿足電機(jī)出口額定為20kV 電壓的并網(wǎng)條件，過(guò)度升高了勵(lì)磁參數(shù)，使發(fā)電機(jī)實(shí)際電壓超出范圍而不能實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)。根據(jù)多年經(jīng)驗(yàn)，每次并網(wǎng)發(fā)電機(jī)電壓達(dá)20kV 時(shí)，受各種因素的影響，空載勵(lì)磁電流及勵(lì)磁電壓與其額定值總有一點(diǎn)偏移，這是造成疏忽的主要原因。另外，該機(jī)組電氣表采用美國(guó)GE 公司產(chǎn)品，投產(chǎn)10 多年，從未發(fā)生差錯(cuò)，這也是本次并網(wǎng)異常未能及時(shí)正確分析的原因之一。

根據(jù)上述分析，現(xiàn)場(chǎng)更換了電壓表，實(shí)際發(fā)電機(jī)電壓已超過(guò)21kV，證明判斷正確，也就及時(shí)解決了此次并網(wǎng)異常。

1.2 發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)兩次誤動(dòng)

故此，縮短了事故處理的時(shí)間或避免了300MW 機(jī)組的再次誤跳閘。

1.3 線路短路引起發(fā)電機(jī)低頻保護(hù)誤動(dòng)

2000 年10 月，距離該廠約18 km 處某變電站1 條新建220kV 線路第1 次空載充電時(shí)，發(fā)生三相金屬性永久短路事故。引起新投運(yùn)的該廠3 號(hào)機(jī)3 套低頻保護(hù)動(dòng)作，造成該機(jī)組跳閘一次。當(dāng)時(shí)，某些技術(shù)人員認(rèn)為短路發(fā)生后，發(fā)電機(jī)定子電流瞬間增大幾倍，即輸出變大，應(yīng)判斷低頻保護(hù)動(dòng)作正確。而本人提出了相反的觀點(diǎn)：低頻保護(hù)屬于誤動(dòng)，應(yīng)進(jìn)行校驗(yàn)；否則，不能投入運(yùn)行。分析如下：

當(dāng)高壓線路發(fā)生三相金屬性短路時(shí)，必將產(chǎn)生發(fā)電機(jī)暫態(tài)穩(wěn)定問(wèn)題。由于本區(qū)域電壓突降，發(fā)電機(jī)電磁有功很難送出，而原動(dòng)機(jī)的機(jī)械轉(zhuǎn)矩又一時(shí)降不下來(lái)，因而作用到轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)矩將失去平衡，使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子開(kāi)始加速，甚至導(dǎo)致滑極失步，由隱極發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩公式可得：

式中M——發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩；m——相數(shù)（為3）；E——發(fā)電機(jī)定子繞組勵(lì)磁電勢(shì)；U——電網(wǎng)電壓；

ω——發(fā)電機(jī)機(jī)械角速度；X——發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)的聯(lián)絡(luò)電抗；δ——發(fā)電機(jī)運(yùn)行中的功率角。

短路發(fā)生瞬間，高壓母線電壓U 很低（事故殘壓），根據(jù)式上述公式，此時(shí)發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩M 接近于零（即發(fā)電機(jī)有功功率很?。?，而汽機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩又基本不變，于是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩過(guò)剩。在過(guò)剩轉(zhuǎn)矩的作用下，發(fā)電機(jī)開(kāi)始加速，其功率角δ 不斷增大。但此次短路故障中，在很短的時(shí)間內(nèi)（不到100ms）就切除了該故障線路（重合閘停用，且手合于故障線路時(shí)閉鎖本裝置）。當(dāng)故障點(diǎn)隔離、電壓恢復(fù)后，發(fā)電機(jī)功角曲線與故障前一樣。由于發(fā)電機(jī)δ 角已經(jīng)變大，使發(fā)電機(jī)輸出電磁功率大于原動(dòng)機(jī)功率，轉(zhuǎn)子開(kāi)始減速。在綜合正阻尼力矩的作用下，轉(zhuǎn)子消耗能量后，發(fā)電機(jī)最終將穩(wěn)定在功角曲線原δ 角對(duì)應(yīng)點(diǎn)運(yùn)行，即機(jī)組恢復(fù)到該線路充電前的運(yùn)行狀態(tài)。

在發(fā)電機(jī)從突然短路的最初次暫態(tài)到暫態(tài)過(guò)程的衰減及快速切除故障的整個(gè)過(guò)程中，發(fā)電機(jī)為同步振蕩狀態(tài)，頻率應(yīng)不變。故此次短路故障時(shí)，3 號(hào)發(fā)電機(jī)低頻保護(hù)（此保護(hù)電壓回路接自發(fā)電機(jī)定子繞組出口20 kV 電壓互感器）不應(yīng)動(dòng)作，即3 套低頻保護(hù)動(dòng)作均屬于誤動(dòng)。后來(lái)對(duì)這3 套保護(hù)各做了3 次現(xiàn)場(chǎng)模擬實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了上述判斷的正確性。

由于及時(shí)提出低頻保護(hù)屬于誤動(dòng)的分析，避免了保護(hù)裝置再次誤投入和今后機(jī)組的再次誤跳閘。

2 結(jié)論

2.1 分析異常，掌握發(fā)電機(jī)、電網(wǎng)及保護(hù)等運(yùn)行原理是快速解決問(wèn)題的基礎(chǔ)。例如1.1 事例中，發(fā)電機(jī)電壓與勵(lì)磁參數(shù)應(yīng)成比例對(duì)應(yīng)關(guān)系；1.2 事例中，運(yùn)用差動(dòng)保護(hù)原理判斷其回路有短接線；1.3 事例中，運(yùn)用發(fā)電機(jī)與網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行原理相結(jié)合進(jìn)行低頻保護(hù)動(dòng)作行為分析。這都是正確實(shí)踐原理分析的結(jié)果。

2.2 分析異常，掌握事故報(bào)警之間、狀態(tài)參數(shù)之間、電氣一次、二次系統(tǒng)之間，以及報(bào)警與參數(shù)之間應(yīng)具有內(nèi)在聯(lián)系性或其邏輯性等，并運(yùn)用正確的方法，即能快速判斷出故障點(diǎn)或原因。這是解決問(wèn)題的關(guān)鍵。1.1 事例中，由勵(lì)磁參數(shù)60.5A、4.05V與發(fā)電機(jī)20kV 之間均未呈現(xiàn)對(duì)應(yīng)關(guān)系，應(yīng)初步判斷發(fā)電機(jī)電壓表計(jì)指示有誤，因?yàn)閯?lì)磁參數(shù)兩個(gè)表計(jì)同時(shí)指示有誤的幾率很??；1.2 事例中，發(fā)電機(jī)能承受額定電壓，并能帶一定負(fù)載運(yùn)行，可初步判定發(fā)電機(jī)一次回路確無(wú)短路等故障，問(wèn)題應(yīng)在保護(hù)回路；1.3 事例中，由一次系統(tǒng)（發(fā)電機(jī)）應(yīng)為同步振蕩狀態(tài)，從而可判斷低頻保護(hù)繼電器誤動(dòng)。上述就是在掌握了所有的事故報(bào)警、狀態(tài)等信息后，利用他們之間的內(nèi)在關(guān)系，并應(yīng)用歸納、演繹和排除法等手段，逐步縮小分析范圍的成功案例。

2.3 分析異常，運(yùn)行人員要有豐富的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)并掌握主要的數(shù)據(jù)，是快速判斷問(wèn)題的前提。1.1 事例中，判斷發(fā)現(xiàn)空載勵(lì)磁參數(shù)超出正常空載范圍；1.2 事例中，及時(shí)發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)跳閘瞬間定子一次電流與差動(dòng)保護(hù)二次定值相對(duì)應(yīng)，且差動(dòng)回路的短接線可能在TA 端子箱內(nèi)。這都說(shuō)明熟悉設(shè)備主要數(shù)據(jù)以及具有現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)對(duì)快速分析問(wèn)題的重要性。

2.4 分析異常，電氣運(yùn)行更具有系統(tǒng)性、整體性的特長(zhǎng)，更有利于對(duì)復(fù)雜或原因不明的事件的判斷處理。運(yùn)行涉及電氣一、二次系統(tǒng)，要求掌握發(fā)電機(jī)、網(wǎng)絡(luò)及保護(hù)等所有設(shè)備運(yùn)行原理，故整體性強(qiáng)。而電氣檢修專業(yè)一般分電機(jī)、配電、保護(hù)、儀表、試驗(yàn)等工種，并相對(duì)獨(dú)立，缺乏系統(tǒng)性，但其對(duì)相應(yīng)的設(shè)備結(jié)構(gòu)等較為熟悉。事故分析中，運(yùn)行一方面應(yīng)積極發(fā)揮業(yè)務(wù)優(yōu)勢(shì)，另外應(yīng)與檢修檢查結(jié)果相互結(jié)合，可快速查找原因。例如1.1 事例中，分析結(jié)論為發(fā)電機(jī)電壓表的表頭指示有誤，這是建立在維修人員已校驗(yàn)其傳感器以及自動(dòng)同期裝置、AVR 裝置等正常的基礎(chǔ)上做出的；1.3 事例中，通過(guò)對(duì)發(fā)電機(jī)與網(wǎng)絡(luò)一次系統(tǒng)的暫態(tài)分析，進(jìn)而判斷二次保護(hù)動(dòng)作行為等。這都體現(xiàn)了電氣運(yùn)行人員系統(tǒng)性、整體性強(qiáng)的客觀優(yōu)勢(shì)。

2.5 分析異常，應(yīng)充分發(fā)揮運(yùn)行人員是異?，F(xiàn)象的直接感受者及在線性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，對(duì)快速得出結(jié)論很有幫助。一般生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生事故而停運(yùn)后，具體的原因排查過(guò)多依賴于檢修專業(yè)，而對(duì)運(yùn)行要求則側(cè)重于安全停機(jī)或防止事故擴(kuò)大等方面。事實(shí)上，檢修專業(yè)因工種較多，相對(duì)缺乏系統(tǒng)性和整體性，若運(yùn)行與檢修互相配合，發(fā)揮其在線優(yōu)勢(shì)，有的放矢，可提高處理事故的效率。同時(shí),也提高了電氣分析能力，對(duì)保障日常安全運(yùn)行也很有幫助。