史振利,崔宇翔,劉 沖,何信林,雷 陽

(1.西安熱工研究院有限公司,陜西 西安 710032;2.國網(wǎng)陜西省電力有限公司超高壓公司,陜西 西安 710299)

0 引言

勵(lì)磁系統(tǒng)在發(fā)電機(jī)運(yùn)行過程中維持調(diào)節(jié)機(jī)端電壓的作用,合理進(jìn)行無功分配以及提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性,保證勵(lì)磁系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)至關(guān)重要。國內(nèi)各電廠在發(fā)電機(jī)啟機(jī)前需要對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造、安裝、檢修等進(jìn)行檢驗(yàn),以保證勵(lì)磁系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行［1］。但是因?yàn)閰?shù)漏改、接線不合理、設(shè)計(jì)存在部分缺陷以及裝置不可靠等問題,造成勵(lì)磁系統(tǒng)起勵(lì)失敗,從而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)啟機(jī)失敗;在發(fā)電機(jī)停機(jī)逆變、轉(zhuǎn)子回路進(jìn)行滅磁操作時(shí),由于滅磁系統(tǒng)故障以及各設(shè)備配合不到位而導(dǎo)致滅磁失敗事故時(shí)有發(fā)生［2］;甚至由于保護(hù)定值計(jì)算錯(cuò)誤以及設(shè)備發(fā)生嚴(yán)重可靠性問題導(dǎo)致在運(yùn)行過程中勵(lì)磁系統(tǒng)保護(hù)動(dòng)作,從而造成跳閘停機(jī)等嚴(yán)重事故,對(duì)機(jī)組以及電廠的安全造成極大威脅。隨著國產(chǎn)化勵(lì)磁故障診斷系統(tǒng)深入研究,對(duì)于勵(lì)磁系統(tǒng)各類故障進(jìn)行分析十分必要［3］。

本文通過對(duì)近年來勵(lì)磁系統(tǒng)設(shè)計(jì)及運(yùn)行中的事故進(jìn)行分析并提出整改措施,一方面為解決勵(lì)磁系統(tǒng)事故提供一種有效的思路,另一方面為國產(chǎn)化勵(lì)磁系統(tǒng)事故診斷技術(shù)的發(fā)展提供參考。

1 概述

發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中供給同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的電源及附屬設(shè)備統(tǒng)一被稱為勵(lì)磁系統(tǒng)?，F(xiàn)階段國內(nèi)大多數(shù)發(fā)電機(jī)均為同步發(fā)電機(jī),且以自并激勵(lì)磁系統(tǒng)為應(yīng)用主流。同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)主要分為功率調(diào)節(jié)單元和勵(lì)磁調(diào)節(jié)器。功率調(diào)節(jié)單元主要作為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組的勵(lì)磁電源,作用是向其提供直流勵(lì)磁電流,根據(jù)轉(zhuǎn)子物理旋轉(zhuǎn)建立轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)。勵(lì)磁調(diào)節(jié)器依據(jù)實(shí)時(shí)采集的輸入信號(hào)和設(shè)定的調(diào)控準(zhǔn)則調(diào)節(jié)勵(lì)磁功率單元輸出,提高電力系統(tǒng)并聯(lián)機(jī)組的可靠性和穩(wěn)定性［4］。

隨著電力自動(dòng)化普及及新技術(shù)涌現(xiàn),自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置(automatic voltage regulator,AVR)逐漸得以應(yīng)用,AVR由測(cè)量單元、同步單元、放大單元、調(diào)差單元、穩(wěn)定單元、限制單元及一些輔助單元構(gòu)成。在對(duì)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流進(jìn)行調(diào)整時(shí),由于轉(zhuǎn)子回路中電流較大,一般不采用直接在轉(zhuǎn)子回路中調(diào)整的方法,而是通過對(duì)勵(lì)磁電流進(jìn)行調(diào)整完成對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流的控制。改變勵(lì)磁電流的方法有多種,國內(nèi)大部分通過改變可控硅的導(dǎo)通角實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁電流變化。

勵(lì)磁系統(tǒng)如圖1所示,主要由勵(lì)磁變壓器、勵(lì)磁整流裝置、勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置、滅磁裝置以及監(jiān)測(cè)、保護(hù)、報(bào)警輔助裝置組成。自并激勵(lì)磁系統(tǒng)是利用勵(lì)磁變壓器對(duì)發(fā)電機(jī)出口22 kV電壓進(jìn)行降壓處理,通過勵(lì)磁整流裝置進(jìn)行三相全波整流操作［5］。若為有刷電機(jī),則將整流直流電經(jīng)滅磁開關(guān)、勵(lì)磁碳刷通至轉(zhuǎn)子繞組;若為無刷電機(jī)則采用旋轉(zhuǎn)整流的方式為轉(zhuǎn)子提供勵(lì)磁電流,2種方式均可為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子建立磁場(chǎng)。同時(shí),AVR勵(lì)磁調(diào)節(jié)器根據(jù)反饋輸入的發(fā)電機(jī)出口電壓、電流以及勵(lì)磁參數(shù)的實(shí)時(shí)變化調(diào)節(jié)可控硅的導(dǎo)通角,根據(jù)發(fā)電機(jī)運(yùn)行工況以及定值偏差改變勵(lì)磁輸出電流大小,達(dá)到維持發(fā)電機(jī)出口電壓穩(wěn)定的目的［6］。

圖1 同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)

2 典型事故案例分析

由于發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)由多個(gè)裝置相互配合構(gòu)成,任意裝置或關(guān)聯(lián)過程出現(xiàn)問題都會(huì)引起發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)事故,因此發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)事故類型具有多樣化的特點(diǎn)。對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)常見故障進(jìn)行分析,可以加快勵(lì)磁事故診斷系統(tǒng)國產(chǎn)化進(jìn)程［7-10］。本文針對(duì)典型事故案例,依次從解列邏輯死區(qū)導(dǎo)致低頻過勵(lì)磁故障、信號(hào)測(cè)試采集回路故障、功率單元電路故障以及AVR電源故障等進(jìn)行分析。

2.1 解列邏輯死區(qū)導(dǎo)致低頻過勵(lì)磁故障

勵(lì)磁系統(tǒng)作為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的直流供電源,在機(jī)組解列時(shí),采用逆變滅磁方式進(jìn)行停機(jī)滅磁。常見的非正常解列滅磁事故原因有繼電器損壞、AVR模件故障、解列邏輯設(shè)置存在故障死區(qū)等。若解列過程中不能可靠滅磁,會(huì)極大損壞發(fā)電機(jī)及勵(lì)磁系統(tǒng)裝置,例如:①產(chǎn)生過激磁現(xiàn)象導(dǎo)致轉(zhuǎn)子鐵芯發(fā)熱加快絕緣性能老化;②轉(zhuǎn)子過電壓使轉(zhuǎn)子磁極損壞;③勵(lì)磁回路絕緣擊穿,嚴(yán)重?fù)p壞滅磁開關(guān)［11］。

2.1.1 事故經(jīng)過

某電廠1臺(tái)105 MW發(fā)電機(jī)采取正常停機(jī)解列滅磁操作,在發(fā)電機(jī)機(jī)端斷路器跳閘后,勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)停機(jī)滅磁。在此過程中勵(lì)磁并聯(lián)變壓器繼電保護(hù)動(dòng)作,造成非正常停機(jī)滅磁開關(guān)跳閘,集控室報(bào)出“滅磁開關(guān)分閘”、“轉(zhuǎn)子電流越限動(dòng)作”、“勵(lì)磁變保護(hù)總出口動(dòng)作”、“非線性電阻滅磁”等信號(hào)。導(dǎo)致正常停機(jī)過程變?yōu)榉钦ＭC(jī)跳滅磁開關(guān)。檢查機(jī)組發(fā)電機(jī)機(jī)端斷路器正常分閘,同時(shí)勵(lì)磁調(diào)節(jié)單元和功率單元均發(fā)出故障信號(hào),常規(guī)檢查外觀也未發(fā)現(xiàn)短路點(diǎn),檢查轉(zhuǎn)子及并聯(lián)變壓器絕緣無異常。

事故后檢查故障錄波,發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速(頻率)下降的同時(shí)勵(lì)磁電流卻同步提升,兩者呈現(xiàn)反比現(xiàn)象,從而判斷這是一起典型的低頻過勵(lì)磁引起的非正常停機(jī)事故。進(jìn)一步檢查工控機(jī)故障記錄,發(fā)現(xiàn)并沒有“逆變失敗”及其他故障信號(hào),但是有發(fā)出停機(jī)指令信號(hào)的記錄。對(duì)斷路器位置及信號(hào)進(jìn)行檢查,發(fā)現(xiàn)“機(jī)端斷路器位置”位于合閘位置,但此時(shí)斷路器實(shí)際已經(jīng)分閘。檢查并網(wǎng)斷路器輔助觸點(diǎn)位于分閘位置,但重動(dòng)繼電器失磁,發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)斷路器繼電器引線斷線［12］。

2.1.2 原因分析

正常停機(jī)時(shí),發(fā)電機(jī)就地控制單元(local control unit,LCU)發(fā)出自動(dòng)解列停機(jī)指令,并網(wǎng)斷路器跳閘后機(jī)組由并網(wǎng)變?yōu)榭蛰d運(yùn)行,判斷出口斷路器分閘后同時(shí)開始執(zhí)行關(guān)閉導(dǎo)水葉和勵(lì)磁逆變滅磁的命令(2個(gè)命令由同一繼電器發(fā)出)。正常運(yùn)行的調(diào)速器在接收到停機(jī)指令后進(jìn)行停機(jī)程序,導(dǎo)水葉關(guān)閉導(dǎo)致轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速不斷降低,同時(shí)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器在接收到逆變滅磁指令后進(jìn)行逆變程序滅磁,將功率單元的工作狀態(tài)由整流轉(zhuǎn)為逆變,定子電壓迅速降低進(jìn)行滅磁操作。然而檢查發(fā)現(xiàn),轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速正常降低但未發(fā)現(xiàn)“逆變失敗”信號(hào),說明調(diào)速器正常停機(jī),而勵(lì)磁調(diào)節(jié)器并未進(jìn)行逆變操作。

分析此次事故的直接原因?yàn)椴⒕W(wǎng)斷路器繼電器的引線斷線,重動(dòng)繼電器采用機(jī)端斷路器分閘位置觸點(diǎn)重動(dòng),若斷路器處于合閘位置則該繼電器失磁,表示發(fā)電機(jī)為并網(wǎng)狀態(tài)。由于并網(wǎng)斷路器繼電器引線斷線,所以當(dāng)斷路器跳閘后機(jī)組處于空載狀態(tài),勵(lì)磁調(diào)節(jié)器卻因重動(dòng)繼電器失磁而認(rèn)為機(jī)組處于并網(wǎng)狀態(tài),此時(shí)接收逆變命令也未如期進(jìn)入逆變狀態(tài)。同時(shí),調(diào)速器正常進(jìn)行停機(jī)程序,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下降導(dǎo)致機(jī)端電壓下降,而勵(lì)磁調(diào)節(jié)器還在按照恒定電壓原則運(yùn)行,為了維持機(jī)端電壓為額定值而持續(xù)增大勵(lì)磁電流,最終出現(xiàn)低頻過勵(lì)磁現(xiàn)象,導(dǎo)致機(jī)組非正常解列停機(jī)。事故的根本原因是解列邏輯設(shè)置存在故障死區(qū),由于調(diào)速器和勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的停機(jī)指令是同一繼電器發(fā)出且同時(shí)執(zhí)行,若正常解列運(yùn)行沒有問題,但是當(dāng)逆變環(huán)節(jié)發(fā)生故障就會(huì)出現(xiàn)低頻過勵(lì)磁現(xiàn)象從而導(dǎo)致非正常停機(jī)解列。

2.1.3 整改措施

a.仔細(xì)觀察繼電器發(fā)現(xiàn),線圈引線因?yàn)樯嗥趾隙焕瓌?dòng),在繼電器頻繁動(dòng)作過程中,最終導(dǎo)致引線動(dòng)作疲勞而斷線。因此對(duì)該繼電器進(jìn)行選型更換,采用防止繼電器動(dòng)作導(dǎo)致引線被拉動(dòng)的措施。

b.原解列邏輯設(shè)置存在故障死區(qū),故將機(jī)組停機(jī)指令由同一繼電器發(fā)出且同時(shí)執(zhí)行,改為由2臺(tái)繼電器分別執(zhí)行命令,若機(jī)端電壓降低至額定電壓60%說明逆變程序正常執(zhí)行,邏輯設(shè)置為當(dāng)機(jī)端電壓小于60%額定電壓后,調(diào)速器再執(zhí)行停機(jī)指令。若逆變程序故障,系統(tǒng)報(bào)警,調(diào)速器不會(huì)接收到停機(jī)指令,可有效避免非正常停機(jī)對(duì)機(jī)組的危害。

2.2 信號(hào)測(cè)試采集回路故障

發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)單元在正常運(yùn)行時(shí)需要采集多種數(shù)據(jù)信號(hào),由定轉(zhuǎn)子TA及定子TV完成數(shù)據(jù)采集,所以信號(hào)測(cè)試采集回路故障一般由這些信號(hào)采集器件問題引起的調(diào)節(jié)單元調(diào)節(jié)紊亂,從而發(fā)生勵(lì)磁事故。典型勵(lì)磁調(diào)節(jié)單元采樣故障原因有以下幾點(diǎn):①定子TV高壓側(cè)熔斷器保險(xiǎn)絲發(fā)生緩慢熔斷現(xiàn)象,常被稱為TV慢熔;②模擬量信號(hào)板故障,信號(hào)板上嵌入的傳感器及接線端子發(fā)生接觸不良現(xiàn)象或設(shè)備損壞而導(dǎo)致故障發(fā)生;③交流采樣數(shù)字信號(hào)處理板(digital signal processing,DSP)故障,導(dǎo)致勵(lì)磁調(diào)節(jié)單元接收到的各類測(cè)量數(shù)據(jù)出現(xiàn)較大誤差或數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確的現(xiàn)象。最終由于勵(lì)磁調(diào)節(jié)單元故障引起調(diào)節(jié)信號(hào)非正常運(yùn)行,導(dǎo)致機(jī)組停機(jī)［13］。

2.2.1 事故經(jīng)過

某電廠1號(hào)發(fā)電機(jī)AVR裝置對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行增磁過程中,轉(zhuǎn)子電壓、電流發(fā)生大幅下降,無功輸出降低,發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)為進(jìn)相運(yùn)行狀態(tài);約2 s后勵(lì)磁狀態(tài)轉(zhuǎn)為強(qiáng)勵(lì);約5 s后保護(hù)動(dòng)作跳閘,機(jī)組解列停機(jī)。機(jī)組顯示主變壓器、高廠用變壓器、勵(lì)磁變差動(dòng)保護(hù)同時(shí)動(dòng)作,低勵(lì)限制動(dòng)作信號(hào)報(bào)出。

事故后開展設(shè)備檢查,依次進(jìn)行定子電壓及轉(zhuǎn)子電流回路檢查、TV斷線功能檢查、干擾試驗(yàn)、調(diào)節(jié)器靜態(tài)動(dòng)態(tài)試驗(yàn)等。試驗(yàn)分析結(jié)果表明:①電壓回路插口存在松動(dòng)現(xiàn)象導(dǎo)致電壓信號(hào)時(shí)有中斷;②轉(zhuǎn)子電流較大時(shí)調(diào)節(jié)器信號(hào)顯示值存在失真現(xiàn)象;③當(dāng)TV電壓測(cè)量回路出現(xiàn)不完全斷線或測(cè)量異常情況時(shí),系統(tǒng)不能可靠閉鎖強(qiáng)勵(lì)功能;④低勵(lì)限制回路動(dòng)作正常［14］。

2.2.2 原因分析

發(fā)電機(jī)在增磁過程中出現(xiàn)故障,轉(zhuǎn)子電流迅速減小致使機(jī)組轉(zhuǎn)為進(jìn)相運(yùn)行狀態(tài)。在發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行和靜態(tài)假負(fù)荷運(yùn)行時(shí)進(jìn)行TV斷線試驗(yàn)。分析可知,當(dāng)定子TV高壓側(cè)發(fā)生慢熔或接線端子插口發(fā)生接觸不良等現(xiàn)象時(shí),調(diào)節(jié)器TV斷線邏輯不能可靠閉鎖,AVR輸出波形為先強(qiáng)勵(lì)再減磁,從而導(dǎo)致機(jī)組進(jìn)相運(yùn)行。機(jī)組正常運(yùn)行有功功率為110 MW,低勵(lì)限制定值為17 Mvar,而事故發(fā)生后進(jìn)相無功沒有受到低勵(lì)限制而達(dá)到72 Mvar。由于機(jī)組報(bào)出低勵(lì)限制動(dòng)作但未能限制機(jī)組進(jìn)相深度,低勵(lì)限制回路動(dòng)作正常,結(jié)合定子電壓回路檢查結(jié)果,分析是AVR電壓測(cè)量回路因插口松動(dòng)導(dǎo)致無功測(cè)量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確,從而未能限制進(jìn)相深度。

機(jī)組在迅速失磁的情況下,發(fā)電機(jī)出口電壓降低為13.52 kV,AVR判斷機(jī)組回路故障而突轉(zhuǎn)為強(qiáng)勵(lì)運(yùn)行,致使機(jī)端電壓不斷上升,但由于AVR電壓測(cè)量回路數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確,返回值為13.37 kV,導(dǎo)致機(jī)組一直處于強(qiáng)勵(lì)狀態(tài)而不會(huì)停止。機(jī)組AVR強(qiáng)勵(lì)限制的定值設(shè)為2倍額定勵(lì)磁電流,由于機(jī)組一直錯(cuò)誤處于強(qiáng)勵(lì)狀態(tài),導(dǎo)致勵(lì)磁系統(tǒng)勵(lì)磁電流過大超過強(qiáng)勵(lì)限制定值,但事故顯示強(qiáng)勵(lì)限制未動(dòng)作導(dǎo)致機(jī)組保護(hù)跳閘。由轉(zhuǎn)子電流回路試驗(yàn)結(jié)果可知,電流采樣失真,實(shí)際勵(lì)磁電流遠(yuǎn)超強(qiáng)勵(lì)限制定值,但測(cè)量返回值卻低于動(dòng)作定值。分析表明,強(qiáng)勵(lì)限制未動(dòng)作的原因是AVR電流采樣偏差。

2.2.3 整改措施

a.定期全面展開定轉(zhuǎn)子電流測(cè)量回路檢查試驗(yàn),排除絕緣破壞、接觸不良、設(shè)備損壞等情況,確保電流回傳數(shù)據(jù)和勵(lì)磁限制正常。

b.從TV端部至AVR屏內(nèi)板端口對(duì)電壓測(cè)量回路進(jìn)行定期檢查,無插口接線松動(dòng)、損壞、接觸不良等情況,確保TV二次側(cè)回傳的電壓波及幅值準(zhǔn)確、平滑。

c.對(duì)TV斷線功能進(jìn)行完善,確保電壓測(cè)量回路出現(xiàn)不完全斷線、接觸不良或其他異常情況時(shí)能夠有效避免誤強(qiáng)勵(lì)動(dòng)作。

2.3 功率單元電路故障

功率單元在發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)中提供勵(lì)磁電流,穩(wěn)定可靠的功率單元不但可以提高勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)行可靠性,還確保電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性。對(duì)近年功率單元事故及現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,功率單元典型事故是由于功率單元電路中的晶閘管出現(xiàn)故障,可分為晶閘管擊穿短路和開路2種故障。開路故障一般是全橋整流回路中任意整流橋臂晶閘管故障導(dǎo)致橋臂開路,整流回路雖然能夠繼續(xù)工作但是其輸出的勵(lì)磁波形出現(xiàn)明顯畸變和波動(dòng)現(xiàn)象;擊穿短路故障一般是由于任意晶閘管被擊穿導(dǎo)致該相橋臂直通短路,電流突然急劇上升,從而引起保護(hù)動(dòng)作［15］。

2.3.1 事故經(jīng)過

某電廠勵(lì)磁系統(tǒng)采用常規(guī)自并勵(lì)系統(tǒng),功率單元采用靜止可控硅三相全橋整流勵(lì)磁,事故發(fā)生前發(fā)電機(jī)組處于并網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài),有功出力為150 MW,無功出力為67.2 Mvar。事故發(fā)生時(shí),系統(tǒng)報(bào)出“勵(lì)磁內(nèi)部故障”跳閘、滅磁開關(guān)動(dòng)作、勵(lì)磁進(jìn)線隔離開關(guān)動(dòng)作,調(diào)速器發(fā)出急停信號(hào),最終機(jī)組故障停機(jī)解列。檢查發(fā)現(xiàn),勵(lì)磁調(diào)節(jié)柜的一次側(cè)故障報(bào)警燈亮,勵(lì)磁功率柜出現(xiàn)濃煙,三相整流橋已經(jīng)損毀,熔斷器及部分二次裝置損壞,其余元器件出現(xiàn)不明顯損傷。對(duì)整流柜進(jìn)行解體,并對(duì)可控硅展開檢查,發(fā)現(xiàn)除正A相橋臂外,其余橋臂晶閘管全被擊穿,且負(fù)C相的觸發(fā)極、線均有明顯燒痕,觸發(fā)脈沖線存在絕緣破損狀況,同時(shí)測(cè)量其脈沖觸發(fā)段二次側(cè)發(fā)生短路現(xiàn)象［16］。

2.3.2 原因分析

對(duì)可控硅解體檢查,結(jié)合故障錄波圖及整流橋接線原理圖進(jìn)行分析,事故經(jīng)過如表1所示,整流橋接線原理如圖2所示。

圖2 整流橋接線原理

由表1及圖2可知,事故直接原因是三相全橋整流電路負(fù)C相橋臂V2被擊穿,引發(fā)短路過流擊穿其余晶閘管,最終導(dǎo)致事故發(fā)生。由于超溫報(bào)警及阻容保護(hù)回路均正常,由此排除可控硅在工作過程中由于溫度超過80 ℃而被擊穿的可能。結(jié)合事故現(xiàn)場(chǎng)脈沖線上的絕緣破損狀況,排查發(fā)現(xiàn)其走線排布于散熱片上,T2-T3時(shí)段晶閘管V2在CA-CB的換相過程中,由于換相過電壓造成脈沖線與A極擊穿,散熱片的高壓沖入脈沖線導(dǎo)致脈沖電路短路,使觸發(fā)極過電壓擊穿可控硅V2,同時(shí)過電流也損壞了脈沖線圈。雖然快速熔斷器均可靠動(dòng)作并報(bào)警,但是由于柜內(nèi)長期積灰導(dǎo)致絕緣降低以及縮短了爬電距離,致使事故由晶閘管擊穿短路變?yōu)楣β使駸龤А?/p>

2.3.3 整改措施

a.由于脈沖線布線不合理,導(dǎo)致過電壓擊穿晶閘管而引發(fā)功率柜燒毀。故此定期檢查整理脈沖線的布線并提升其絕緣防護(hù)水平,消除高壓入侵可能性,提高勵(lì)磁系統(tǒng)穩(wěn)定性。

b.此次事故擴(kuò)大的直接原因是由于灰塵堆積導(dǎo)致的,積塵會(huì)增加晶閘管、脈沖元件發(fā)生內(nèi)部短路和局部放電的可能性,同時(shí)也容易造成散熱堵塞,產(chǎn)生高溫現(xiàn)象,不利于電子器件的穩(wěn)定運(yùn)行。因此需進(jìn)行定期除塵、更換濾網(wǎng)、通風(fēng)吹掃等操作,以保持功率柜良好運(yùn)行環(huán)境。

2.4 AVR電源故障

勵(lì)磁調(diào)節(jié)器電源一般采用廠用電交直流雙供電模式,常見的勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)單元電源故障分為電源越限和電源消失。電源越限一般是供電電源過剩導(dǎo)致實(shí)際工作電壓超出額定電壓,當(dāng)AVR實(shí)際工作電壓超出額定值10%后,就會(huì)對(duì)AVR正常運(yùn)行造成不良影響,此類故障次數(shù)占AVR電源故障的70%以上;電源消失是指運(yùn)行過程中AVR突然停止供電,而AVR是勵(lì)磁系統(tǒng)正常運(yùn)作的保證,一旦失電便會(huì)造成失磁失步等一系列嚴(yán)重事故,此類故障雖然少見,但由于其重要性使其成為典型的勵(lì)磁事故［17］。

2.4.1 事故經(jīng)過

某電廠裝有4臺(tái)額定容量為75 MW的自并勵(lì)水輪發(fā)電機(jī)組,均采用發(fā)電機(jī)-變壓器組合的接線方式,且勵(lì)磁調(diào)節(jié)單元采用廠用電交直流雙供電方式。事故發(fā)生前1號(hào)機(jī)組有功出力為5 MW、無功出力為25 Mvar;2號(hào)機(jī)組有功出力為75 MW、無功出力為25 Mvar。由于廠用電系統(tǒng)交流供電中斷,備用直流系統(tǒng)供電一段時(shí)間后蓄電池電源也停止向其供電,導(dǎo)致勵(lì)磁調(diào)節(jié)器工作電源失電約1 min。當(dāng)交流電源重新恢復(fù)供電后,線路對(duì)側(cè)斷路器報(bào)出后備過流保護(hù)信號(hào),導(dǎo)致保護(hù)動(dòng)作跳閘,1號(hào)、2號(hào)機(jī)組劇烈振動(dòng)后自動(dòng)停機(jī)解列。事故導(dǎo)致2號(hào)機(jī)組滅磁柜內(nèi)大部分裝置高溫?fù)p毀,導(dǎo)冷油裝置水管接頭損毀,1號(hào)、2號(hào)機(jī)組均出現(xiàn)基礎(chǔ)螺栓松脫現(xiàn)象［18］。

2.4.2 原因分析

勵(lì)磁調(diào)節(jié)器為廠用電交流供電和蓄電池直流雙供電方式,由于廠用電失電以及蓄電池停止供電,造成了AVR工作電源消失,1號(hào)、2號(hào)機(jī)組失磁、失步;同時(shí)由于失去工作電源導(dǎo)致各類保護(hù)以及勵(lì)磁限制功能無法正常運(yùn)轉(zhuǎn),事故進(jìn)一步擴(kuò)大。

在AVR同時(shí)失去交直流供電的1 min內(nèi),機(jī)組原動(dòng)力未改變,由于AVR無法進(jìn)行勵(lì)磁調(diào)節(jié)和脈沖供給,導(dǎo)致1號(hào)、2號(hào)機(jī)組轉(zhuǎn)子失去勵(lì)磁電流,發(fā)電機(jī)組失步導(dǎo)致同步發(fā)電機(jī)異步發(fā)電運(yùn)行。在系統(tǒng)無功供給不足的情況下,發(fā)電機(jī)由發(fā)出無功轉(zhuǎn)變?yōu)槲諢o功,發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速急劇上升,定子電流不斷增大出現(xiàn)過流現(xiàn)象。

在電源重新恢復(fù)供電后,因機(jī)組定子電流遠(yuǎn)超額定負(fù)載,使線路對(duì)側(cè)斷路器過流保護(hù)動(dòng)作,出口斷路器跳閘,1號(hào)、2號(hào)機(jī)組出口斷路器跳閘與主網(wǎng)系統(tǒng)解列,2臺(tái)機(jī)組成為“局部電網(wǎng)”。在恢復(fù)供電后,1號(hào)、2號(hào)機(jī)組出現(xiàn)劇烈振動(dòng)現(xiàn)象有2方面原因,一方面是因?yàn)椤熬植侩娋W(wǎng)”內(nèi)的1號(hào)、2號(hào)機(jī)組異步運(yùn)行的初始參數(shù)相差較大,此時(shí)形成“局部電網(wǎng)”而被迫同步,導(dǎo)致機(jī)組間出現(xiàn)強(qiáng)振蕩現(xiàn)象;另一方面,由于同步發(fā)電機(jī)由同步狀態(tài)被迫轉(zhuǎn)為異步運(yùn)行,機(jī)組定子側(cè)出現(xiàn)脈動(dòng)電流,從而具有交變機(jī)械力矩,使發(fā)電機(jī)組振動(dòng)。上述2方面原因?qū)е?號(hào)機(jī)組導(dǎo)冷油裝置水管接頭損毀,1號(hào)、2號(hào)機(jī)組均出現(xiàn)基礎(chǔ)螺栓松脫現(xiàn)象。由于2號(hào)機(jī)原始有功出力參數(shù)較大以及保護(hù)失電故障,失磁失步問題進(jìn)一步造成2號(hào)機(jī)轉(zhuǎn)子回路產(chǎn)生較為嚴(yán)重的過電壓,造成2號(hào)機(jī)滅磁柜部分裝置燒毀。

2.4.3 整改措施

a.由于現(xiàn)有發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁調(diào)節(jié)單元多采用外部交直流雙供電方式,均未采用機(jī)組自身勵(lì)磁變作為后備電源,極大降低了AVR工作電源的可靠性和安全性。故增設(shè)勵(lì)磁變作為AVR工作電源后備。

b.此次事故是在廠用交流電發(fā)生中斷的情況下,蓄電池電源出現(xiàn)故障并未維持AVR運(yùn)行至機(jī)組恢復(fù)正常供電?？杉訌?qiáng)對(duì)直流供電系統(tǒng)的維護(hù)及檢測(cè),提高AVR直流電源的穩(wěn)定性和可靠性。

3 結(jié)語

本文總結(jié)了近年來勵(lì)磁系統(tǒng)典型事故,依次從解列邏輯死區(qū)導(dǎo)致低頻過勵(lì)磁故障、信號(hào)測(cè)試采集回路故障、功率單元電路故障以及AVR電源故障等進(jìn)行深度剖析,通過實(shí)例分析提出整改措施。由于發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)故障類型多樣化的特點(diǎn)以及大背景下勵(lì)磁故障診斷系統(tǒng)的國產(chǎn)化需求,本文一方面為解決勵(lì)磁系統(tǒng)事故提供一種有效的思路,另一方面為勵(lì)磁系統(tǒng)事故診斷技術(shù)國產(chǎn)化發(fā)展提供參考。