四川武都電站有限公司 任碧秀
勵(lì)磁系統(tǒng)是發(fā)電機(jī)組的重要組成部分,是提供發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)電流的裝置。勵(lì)磁系統(tǒng)的作用主要有以下三點(diǎn):一是根據(jù)發(fā)電機(jī)電壓、負(fù)荷及功率因數(shù)的變化調(diào)整發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流,以維持發(fā)電機(jī)端電壓在規(guī)定的水平;二是合理分配并列運(yùn)行發(fā)電機(jī)間的無(wú)功負(fù)荷;三是提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性,在發(fā)電機(jī)電壓急劇降低時(shí),迅速加大勵(lì)磁電流,以改善系統(tǒng)的運(yùn)行條件,提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
勵(lì)磁系統(tǒng)包括勵(lì)磁電源和勵(lì)磁裝置,其中勵(lì)磁電源的主體是勵(lì)磁機(jī)或勵(lì)磁變壓器。勵(lì)磁裝置分別由勵(lì)磁調(diào)節(jié)柜、功率柜、滅磁柜等勵(lì)磁柜組成,具有穩(wěn)壓、恒電流、恒功率因素等功能。勵(lì)磁柜是一種為發(fā)電機(jī)建立電壓并穩(wěn)定發(fā)電的設(shè)備,是整個(gè)電氣成套系統(tǒng)的CPU,其工作原理如下,調(diào)節(jié)器用發(fā)電機(jī)量測(cè)PT電壓輸入電氣信號(hào),直流信號(hào)用輸出電流和反映裝置電源電壓調(diào)節(jié)信號(hào)。各路信號(hào)經(jīng)各自的信號(hào)處理及變換電路對(duì)信號(hào)濾波、隔離放大,變換成適用A/D采樣的信號(hào),并將這些信號(hào)送入A/D變換器,再由程序控制依次進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換,存放在存貯器中供調(diào)節(jié)器使用。
四川省某壩后式水電站,總裝機(jī)3×50MW,多年平均發(fā)電量為6.1 億kWh,設(shè)計(jì)利用小時(shí)為4064h,電站保證出力為36.8MW,多年平均流量為142m3/s,電站引用流量259.22m3/s。三臺(tái)發(fā)電機(jī)分別接成發(fā)變組單元接線,各經(jīng)一臺(tái)63000kVA 的主變壓器升壓為220kV,經(jīng)220kV線路送至220kV變電站并入四川主網(wǎng)。電站采用全計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng),于2011 年11月正式投產(chǎn)發(fā)電。發(fā)電機(jī)組采用GES3000靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng),勵(lì)磁整流及調(diào)節(jié)器設(shè)置有兩個(gè)獨(dú)立的通道,每個(gè)通道有一個(gè)自動(dòng)調(diào)節(jié)通道和一個(gè)手動(dòng)調(diào)節(jié)通道,調(diào)節(jié)通道的核心均為工業(yè)控制微機(jī),采用高可靠智能型冗余容錯(cuò)結(jié)構(gòu),該冗余結(jié)構(gòu)采用并聯(lián)方式,當(dāng)有一個(gè)冗余部件故障時(shí),不影響系統(tǒng)正常運(yùn)行。
該電站采用自并勵(lì)方式,勵(lì)磁電源由一臺(tái)接于同步發(fā)電機(jī)端的勵(lì)磁變壓器(型號(hào)ZSCB9-800/10.5)取得,經(jīng)勵(lì)磁變壓器降壓380V后,接入三相全控橋式晶閘管整流器,輸出直流額定電壓195V,額定電流1185A,晶閘管的冷卻采用軸流式風(fēng)機(jī)強(qiáng)迫風(fēng)冷,通過(guò)晶閘管整流成直流后,供給發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)繞組。自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器從發(fā)電機(jī)端取得信號(hào),控制晶閘管的導(dǎo)通角,從而按需要控制發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流。勵(lì)磁變壓器采用環(huán)氧澆注、干式、自冷型式,有溫控報(bào)警,其高壓側(cè)不設(shè)自動(dòng)開(kāi)關(guān),副邊根據(jù)需要沒(méi)有設(shè)開(kāi)關(guān)或自動(dòng)開(kāi)關(guān)。高壓側(cè)接線包括在發(fā)電機(jī)的差動(dòng)保護(hù)范圍之內(nèi),副邊出線口裝有電流互感器TA,作為勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的測(cè)量轉(zhuǎn)子電流信號(hào)。勵(lì)磁變壓器繞組的聯(lián)接組別一般為Y/d-11,為了消除由于晶閘管整流換向引起波形畸變所產(chǎn)生高次諧波中的三次諧波及其三倍的高次諧波之影響。勵(lì)磁系統(tǒng)由勵(lì)磁調(diào)節(jié)柜、功率1號(hào)柜、功率2號(hào)柜、滅磁柜共四面屏柜和1 臺(tái)勵(lì)磁變組成,勵(lì)磁原理如圖1所示。
圖1 勵(lì)磁原理
電站在投運(yùn)后半年時(shí)間內(nèi)發(fā)生一次功率柜退柜事故。當(dāng)日1 號(hào)、2 號(hào)機(jī)組各帶50MW 負(fù)荷運(yùn)行,3號(hào)機(jī)組熱備用。10:34分當(dāng)值設(shè)備運(yùn)維班人員進(jìn)行備自投(廠用電Ⅰ段帶Ⅱ段)切換試驗(yàn)時(shí),斷開(kāi)Ⅱ段廠變低壓側(cè)開(kāi)關(guān)時(shí),備自投未投入(后來(lái)檢查系備自投程序不完善所致),導(dǎo)致Ⅱ段廠用電臨時(shí)中斷。此時(shí)上位機(jī)報(bào)“1 號(hào)功率柜退柜”,1 號(hào)機(jī)組勵(lì)磁柜傳來(lái)爆炸聲響,并伴有焦臭味,現(xiàn)場(chǎng)人員及時(shí)趕到1號(hào)機(jī)組勵(lì)磁功率柜發(fā)現(xiàn)1號(hào)功率柜退柜,功率柜柜間導(dǎo)線有燒斷現(xiàn)象。
事故發(fā)生后,值長(zhǎng)立即匯報(bào)調(diào)度,申請(qǐng)轉(zhuǎn)移1號(hào)機(jī)組負(fù)荷至3號(hào)機(jī)組,及時(shí)恢復(fù)了Ⅱ段廠用電供電。待1 號(hào)機(jī)組停機(jī),做好安全措施后,經(jīng)檢查確認(rèn)了功率柜1、2柜之間由勵(lì)磁變引來(lái)的交流相間并聯(lián)接線發(fā)生短路并燒斷,調(diào)節(jié)柜顯示屏報(bào)“1號(hào)功率柜退柜”“A、B通道故障”“SCR 柜通信故障”。經(jīng)生產(chǎn)領(lǐng)導(dǎo)同意后值長(zhǎng)迅速組織人員進(jìn)行導(dǎo)線更換,并對(duì)勵(lì)磁柜和風(fēng)機(jī)主、備用電源回路、勵(lì)磁同步脈沖信號(hào)回路全面檢查,未發(fā)現(xiàn)異常。13:40分將1號(hào)機(jī)組開(kāi)啟至空轉(zhuǎn),試運(yùn)行正常,13:50 向調(diào)度匯報(bào)事故情況并申請(qǐng)同意1號(hào)機(jī)組運(yùn)行后,1號(hào)機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行正常。
1 號(hào)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁功率柜冷卻風(fēng)機(jī)主用電源為Ⅱ段廠用電,備用為勵(lì)磁變電源。風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行情況下主供電源K52 帶電,備用電源K53 不帶電,兩臺(tái)風(fēng)機(jī)運(yùn)行,當(dāng)主供電源失電,主供電源監(jiān)視繼電器K27 發(fā)出信號(hào)輸入后,通過(guò)K52、K53 可實(shí)現(xiàn)兩路電源能相互閉鎖和切換,完全達(dá)到100%的冗余效果,勵(lì)磁風(fēng)機(jī)控制原理如圖2所示。
圖2 勵(lì)磁風(fēng)機(jī)控制原理
當(dāng)Ⅱ段廠用電(主供電源)消失,勵(lì)磁風(fēng)機(jī)電源因電源切換回路故障,1 號(hào)功率柜風(fēng)機(jī)電源沒(méi)有切換至勵(lì)磁變電源(備用電源),導(dǎo)致風(fēng)機(jī)電源消失風(fēng)機(jī)停運(yùn),風(fēng)機(jī)運(yùn)行監(jiān)視E51 閉合,發(fā)出1號(hào)功率柜“退柜”信號(hào)。經(jīng)檢查處理該電源切換回路之后,多次切換電源回路正常,故障消除,此過(guò)程2 號(hào)功率柜風(fēng)機(jī)電源切換及風(fēng)機(jī)運(yùn)行均正常。
事故發(fā)生時(shí)功率柜接線如圖3所示。
圖3 事故發(fā)生時(shí)功率柜接線
發(fā)電機(jī)勵(lì)磁變低壓側(cè)用ZR-YJV-3*240電纜分別接至兩臺(tái)功率柜,功率兩柜之間交流相間設(shè)置4mm2銅芯橡膠導(dǎo)線的聯(lián)絡(luò)線,目的是其中一柜交流電源消失可確保脈沖變壓器和風(fēng)機(jī)備用電源變壓器不會(huì)失電,勵(lì)磁變低壓側(cè)至兩個(gè)勵(lì)磁功率柜之間采用電纜硬連接,中間無(wú)斷路器等電氣設(shè)備。
實(shí)際上兩臺(tái)勵(lì)磁功率柜已在勵(lì)磁變低壓側(cè)出線處已經(jīng)實(shí)現(xiàn)并聯(lián),并不需要在功率柜間再次聯(lián)接,由此線反使兩柜之間再次形成并聯(lián)環(huán)流通道。正常時(shí)額定負(fù)荷下,勵(lì)磁輸出電壓195V,輸出電流1185A,其視在功率231kVA,勵(lì)磁變低壓側(cè)電壓380V,整流轉(zhuǎn)換率0.9,這樣可算得勵(lì)磁變向兩臺(tái)功率柜供電電流分別是220A。由于該聯(lián)絡(luò)線兩端電壓和電阻均等,其環(huán)流較小,約為2~3A,當(dāng)發(fā)生1 號(hào)功率柜退柜使輸入2 號(hào)柜的交流電流瞬間增大1 倍,此時(shí)該4mm2的聯(lián)絡(luò)線則相當(dāng)于分流線,會(huì)產(chǎn)生瞬間接近200A 的環(huán)流。正常情況4mm2銅芯線最大允許載流量35~40A 左右,所以很快破壞導(dǎo)線絕緣層,導(dǎo)致相間導(dǎo)線擊穿,發(fā)生導(dǎo)線短路燒斷現(xiàn)象。這種勵(lì)磁功率柜接線適用于勵(lì)磁變低壓側(cè)至兩個(gè)勵(lì)磁功率柜之間設(shè)有斷路器的情況。
通過(guò)事故現(xiàn)象逐漸展開(kāi)分析總結(jié),由于廠用電倒換電試驗(yàn)時(shí)(廠用電備自投故障)→Ⅱ段廠用電消失(1號(hào)功率柜風(fēng)機(jī)自動(dòng)投入系統(tǒng)故障,備用電源未投入)→1號(hào)功率柜風(fēng)機(jī)停運(yùn)→1號(hào)功率柜退柜→2 號(hào)功率柜負(fù)荷增加1 倍→2 號(hào)功率柜輸入電流增加1 倍→1、2 號(hào)功率柜之間的環(huán)線變分流線(嚴(yán)重過(guò)載)→環(huán)線瞬間過(guò)載燒壞。
針對(duì)上述情況,電站書(shū)面函告勵(lì)磁制造廠家,勵(lì)磁廠家回復(fù)意見(jiàn)是決定將柜間聯(lián)絡(luò)線取消。電站技術(shù)人員拆線改造后的勵(lì)磁系統(tǒng),通過(guò)運(yùn)行觀察各方面一切正常。改造后接線如圖4所示。
圖4 改造后接線
對(duì)此次勵(lì)磁事件的分析處理,先后發(fā)生了風(fēng)機(jī)電源切換回路故障,導(dǎo)致其中一個(gè)功率柜退柜。而兩功率柜間接線錯(cuò)誤,最終導(dǎo)致兩功率柜間接線短路燒壞事故。通過(guò)分析,暴露以下幾個(gè)問(wèn)題。
一是設(shè)計(jì)圖紙審核不嚴(yán)格。原勵(lì)磁功率柜接線適用于勵(lì)磁變低壓側(cè)至兩個(gè)勵(lì)磁功率柜之間設(shè)有斷路器的情況,也說(shuō)明了部分出廠設(shè)備并沒(méi)有針對(duì)性,總是千篇一律給各個(gè)電站配設(shè)備,而電站設(shè)計(jì)人員審核時(shí)候不夠嚴(yán)格,對(duì)廠家出圖并未仔細(xì)審核修改,將廠家圖紙作為設(shè)計(jì)圖。
二是現(xiàn)場(chǎng)施工安裝和調(diào)試管理不足。在設(shè)備安裝調(diào)試期間,施工人員、監(jiān)理人員以及業(yè)主方均未及時(shí)發(fā)現(xiàn)兩勵(lì)磁功率柜接線設(shè)計(jì)圖紙錯(cuò)誤,調(diào)試期間沒(méi)有進(jìn)行勵(lì)磁功率柜單通道運(yùn)行試驗(yàn)。
三是作為新建電站運(yùn)行管理方?jīng)]有認(rèn)真熟悉圖紙,思考圖紙?jiān)?,?yīng)該對(duì)兩勵(lì)磁功率柜之間接線方式進(jìn)行思考,及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的隱患。
四是電站設(shè)備維護(hù)人員工作前事故預(yù)想和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估不到位。在進(jìn)行廠用電切換試驗(yàn)前,應(yīng)預(yù)先評(píng)估廠用電切換裝置、勵(lì)磁風(fēng)機(jī)電源切換裝置是否可靠,確認(rèn)無(wú)疑后,才能進(jìn)行切換操作。
五是電站設(shè)備維護(hù)人員對(duì)設(shè)備維護(hù)檢查不到位。事故發(fā)生前,在進(jìn)行廠用電倒換操作時(shí),發(fā)生了勵(lì)磁風(fēng)機(jī)電源切換回路故障,說(shuō)明平時(shí)設(shè)備維護(hù)檢查及試驗(yàn)不夠細(xì)致。
安全生產(chǎn)是企業(yè)發(fā)展永恒的主題,是企業(yè)效益的根本體現(xiàn)。通過(guò)上述事故,電力設(shè)備管理工作直接影響企業(yè)安全生產(chǎn),必須以科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度來(lái)對(duì)待。作為電站發(fā)電運(yùn)行管理人員,不能依賴(lài)或者完全相信設(shè)計(jì)圖、竣工圖,運(yùn)行管理中應(yīng)思考弄清設(shè)備工作原理,設(shè)計(jì)原理及功能,以便及早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。對(duì)于電站負(fù)責(zé)設(shè)備故障處理的技術(shù)人員,要求各方面能力全面發(fā)展,做任何操作前,應(yīng)認(rèn)真分析、思考可能存在的隱患,這樣操作可能導(dǎo)致的事故,做好事故預(yù)想和應(yīng)對(duì)措施。設(shè)備管理人員加強(qiáng)設(shè)備的定期檢查、維護(hù)、更換,及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障,避免事故發(fā)生。對(duì)于電站內(nèi)非正常停機(jī)及事故應(yīng)作好相關(guān)記錄,以便于日后總結(jié)參考。