勵磁系統故障導致發電機定子過負荷跳閘原因分析

陳劍楊

(廣東省粵電集團有限公司粵連電廠，廣東 連州 513400)

0 引言

某電廠共有4臺機組，一期#1，#2機組發電機為125MW汽輪發電機，二期#3，#4機組發電機為135 MW汽輪發電機，均為上海汽輪發電機公司生產的雙水內冷發電機，#3機組于2003年投運。2011－05－28，由于勵磁調節器中的同步變壓器故障，導致#3機組發電機失磁，吸收系統無功功率，引起發電機定子過負荷保護動作，機組跳閘并與系統解列。

1 事故經過

2011－05－27，一期#1，#2機組停機檢修，二期#3，#4發電機連接于220kV母線正常運行。#3機組發電機正常運行，定子電壓:A相15.93 kV，B相15.97 kV，C相16.00 kV;定子電流:A相4730.0 A，B相4 830.0 A，C相4 730.0 A;有功功率130.00 MW，無功功率16.00 MV·A;勵磁電壓190 V，勵磁電流1235.0 A。

2011－05－27 T 23:36，#3機組發電機機端電壓由15.80kV突升至16.72kV，定子電流由4400.0 A突升至4 700.0 A，無功功率由2.13 MV·A突升至81.24 MV·A(額定無功功率為83.67 MV·A)，勵磁電壓由170V突升至268V，勵磁電流由1123.0 A突升至1578.0 A，廠用6 kV母線電壓由6.47 kV突升至6.90 kV。運行人員檢查發現，#3機組發電機勵磁調節器A主B從運行，A，B套勵磁調節器觸發角分別為108°和80°，其他參數無異常;陽極電壓表指示0.30 kV(正常為0.55 kV);測量勵磁調節器中同步變壓器輸入電壓，Uab=550 V，Ubc=548 V，Uca=549 V，輸出電壓 Uab=85 V，Ubc=136 V，Uca=76 V;輸出電壓，A相對地38 V，B相對地67 V，C相對地65 V。檢修人員認為，#3機組勵磁調節器同步變壓器A相輸出故障引起勵磁系統參數異常，同步變壓器Ubc電壓正常(A套調節器采用同步變壓器電壓為Uab，B套調節器采用的同步變壓器電壓為Ubc)，A套調節器觸發角漂移嚴重，B套調節器各參數正常。因此，將#3發電機勵磁調節器切至B套運行。

2011－05－28 T 20:17，#3機組警鈴、事故喇叭響，機組控制 (BTG)盤亮“失磁解列、失磁切廠用電、失磁減出力、定子過負荷、斷路器故障跳閘”光字牌，#3機組發電機與系統解列、聯動汽輪機跳閘、鍋爐主燃料跳閘(MFT)。

2 處理過程

20:29，根據#3機組發電機跳閘保護動作情況，認為是#3機組發電機勵磁調節器同步變壓器出現兩相故障引起，無備品更換，#3機組停機處理。

22:35，檢修人員通過分析發電機勵磁調節器廠家設計圖紙，發現發電機勵磁調節器同步變壓器二次側均接至調節器接口板輸入端子上，二期發電機調節器接口板比一期發電機調節器接口板多1個200/24的中間變壓器，即一期、二期發電機勵磁調節器接入的同步電壓最終均為24V。咨詢廠家技術人員:可否將一期發電機(停機檢修)勵磁調節器550/24同步變壓器拆至#3機組發電機勵磁調節器，同時取消#3機組發電機勵磁調節器接口板上的200/24的中間變壓器，將中間變壓器的原邊及副邊短接。生產廠家有關人員答復為理論上可行，但沒有實踐經驗，建議更換同步變壓器后，在開機升至空載額定電壓時，檢查A，B套調節器參數，如觸發角能正常跟蹤，則調節器可正常運行。拆下#2機組發電機(停機檢修)勵磁調節器同步變壓器后做變比試驗，確定變化為600/150后，更換到#3機組發電機，并調整勵磁調節器接口板接線。

2011－05－29 T 04:33，將#3機組發電機升壓至額定值后檢查定子三相電流，電流接近于零，定子三相電壓平衡，轉子空載電流、電壓及A，B套勵磁調節器參數均符合要求，#3機組發電機A，B套勵磁調節器主、從切換正常;測量勵磁調節器同步變壓器一次、二次電壓正常(一次電壓550 V、二次電壓137 V)，將#3機組發電機與系統自動準同期并列。至此，#3機組發電機恢復正常運行。

3 原因分析

(1)查#3機組發電機的熱工分散控制系統(DCS)報警記錄及趨勢曲線記錄。

2011－05－28 T 20:17:16，DCS上發出“欠勵動作、定子過流”報警信號;發電機無功功率由16.00 MV·A下降至－30.81 MV·A，向系統吸收無功功率;勵磁電流由1 235.0 A下降至877.6 A。說明#3機組發電機勵磁調節器同步變壓器故障開始惡化，勵磁調節器已不能正常工作，發電機開始進入失磁狀態。

20:17:17，發電機定子電流由4 700.0 A升至6700.0 A(額定值為5822.0 A);發電機定子電壓由15.91 kV下降至13.98 kV，最低降至8.87 kV;發電機無功功率降至－77.4 MV·A，最大吸收無功功率達到－185.4 MV·A;有功負荷出現劇烈擺動，最高瞬時值達到196.8 MW(根據當時的發電機定子電流及定子電壓計算，此時的有功功率并不是真實值，檢修人員分析認為是DCS瞬時采樣的發電機定子電壓與定子電流不在同一時刻造成)，最低65 MW;發電機定子電流最高達到7100.0 A，為額定電流的1.2倍;20 kV母線最低由235.2 kV電壓降至221.8 kV;廠用6 kV A，B段母線電壓最低分別降至3.48和3.47 kV，#3機組運行輔機出現過流。

20:17:35，#3機組發電機定子過負荷保護動作跳閘，#3機組發電機變壓器組出口開關及滅磁開關跳閘，汽輪機聯跳，鍋爐MFT，失磁持續時間為19 s。

(2)查#3機組發電機保護柜內保護動作信號。A1柜保護顯示為:減出力、定子過負荷、定子過負荷I段、定子過負荷反時限、逆無功;A2柜保護顯示為:短路后備1、失磁1。從保護柜內保護動作情況看，失磁保護T1動作，發出了減出力信號，但T2，T3保護并未達到時限動作;動作的保護為定子過負荷保護。

(3)查#3機組發電機變壓器組故障錄波器，#3機組發電機變壓器組保護動作信號顯示為:定子過負荷保護動作。

(4)對更換下來的#3機組勵磁調節器同步變壓器進行檢測，二次側Ucb無電壓輸出，確認同步變壓器損壞。

(5)查生產廠家設計圖紙得知，#3，#4機組發電機勵磁調節器同步變壓器為三相式，變比為800/200。#1，#2機組發電機同步變壓器為單相式，變比為550/24，不能通用。同時，現場檢查#1機組發電機勵磁調節器同步變壓器及一期倉庫備品銘牌上標識，變比均為550/24。因此，檢修人員判斷#2機組發電機勵磁調節器同步變壓器變比也是550/24。在后來的事故處理中，對拆下的#2機組發電機勵磁調節器同步變壓器做變比試驗，發現實際變比與設計圖紙及班組現有備品變比不符。到該變壓器廠家網站查詢發現，#2機組發電機勵磁調節器該型號同步變壓器的實際變比為600/150。

4 暴露的問題

(1)#3機組發電機勵磁調節器同步變壓器兩相輸出電壓異常，勵磁調節器失去同步信號無法正常工作，導致勵磁調節器無輸出，引起#2機組發電機失磁，機端電壓嚴重下降，大量吸收系統無功功率并發展為發電機失步振蕩，最終導致#3機組發電機定子過負荷保護動作，這是造成此次#3機組發電機跳閘的直接原因。

(2)檢修人員在#3機組發電機勵磁調節器同步變壓器A相出現故障后，在倉庫沒有備品的情況下，只核對了#1機組發電機勵磁調節器同步變壓器(不能更換)，而未認真核對#2機組發電機勵磁調節器同步變壓器，便主觀地認為:一期發電機勵磁調節器的同步變壓器均不適用于#3機組發電機勵磁系統，只有購買備品才能更換。導致#3機組發電機勵磁調節器同步變壓器故障在運行中惡化，這是造成此次#3機組發電機在運行中發生跳閘事故的原因之一。

5 防范措施

(1)將#3，#4機組發電機勵磁調節器三相式同步變壓器改為2個獨立的單相變壓器，一用一備，以進一步降低因同步變壓器故障造成勵磁調節器無輸出而引起發電機失磁的風險，同時便于在運行中對單個同步變壓器故障進行處理。

(2)對于圖紙與現場不符合的設備，及時修改。通過此次事故，必須吸取教訓，認真、全面地進行現場檢查與核對，不能憑主觀推測進行判斷，避免類似事件再次發生。