龍羊峽水電站4號發電機勵磁系統故障設備燒損分析

摘 要：文章簡單對龍羊峽水電站4F勵磁系統故障造成設備損壞的事故進行了簡單闡述及分析，并提出了對設備進行改造的意見及建議。

關鍵詞：滅磁開關；勵磁調節器；監控開機流程

前言

龍羊峽水電廠裝機容量4*320MW，1987年至1989年相繼投產發電。龍羊峽水電廠的勵磁方式為自并勵可控硅勵磁系統，勵磁系統主要由勵磁變、勵磁調節器、起勵裝置、滅磁裝置和3個勵磁功率柜組成，其中4號機組的額定電壓為15.75KV，額定轉速125轉/分，轉子電壓475V，轉子電流1625A，其勵磁電流由并聯勵磁變提供的陽極電壓經可控硅整流裝置而獲得，起勵電壓為直流48V，4號發電機的勵磁調節器于2005年4月大修時更換為南自的SAVR-2000勵磁調節器（主、副調節器個一套）及功率柜單元，自投運起，運行狀況良好。滅磁裝置為瑞典產品，已投產26年。

2012年，龍羊峽水電站4號發電機監控在開機過程中發生一起勵磁系統故障設備燒損事件，直接導致4號機非計劃停運。從發生事故停運到檢修完成恢復運行共用了10天。直接損失電量12800MW。

為了杜絕類似事故的發生，筆者根據多年經驗，根據監控系統信息、保護動作情況、勵磁調節器故障相關信號，以及事故現象并且參考相應設備資料，對事故進行了分析，并提出了改進措施。

1 事故發生過程及設備損毀情況

2012年3月22日6時40分，當運行人員下達監控開機令后，4號機組執行正常監控開機單機同期并網操作。在轉速達到119轉/分，發電機投勵磁動作且定子電壓達到1.6kv時，相繼出現勵磁調節器B套故障、勵磁調節器A套故障，隨后發電機過電壓跳閘、滅磁開關分閘（從故障信息出現到最終滅磁開關跳開共計41秒內發電機滅磁開關分閘11次、合閘9次、1次處于過渡狀態）。

由此造成：

（1）4號發電機磁場斷路器本體鐵質槽型橫梁嚴重燒損，開關支撐輪螺絲脫開，支撐輪傾斜，開關機構燒損，主觸頭燒損，開關本體部分二次電纜燒斷。

（2）機旁勵磁起勵盤（盤柜標號為1LP）內起勵接觸器連接電纜多處燒斷，轉子正向過電壓保護裝置引線燒斷，氧化鋅電阻燒損，起勵回路單向限制二極管擊穿。

（3）磁場斷路器控制盤（盤柜標號為3LP）內碳化硅滅磁電阻及連接電纜、支撐架等嚴重燒損，部分二次線接燒損。

（4）1-3號勵磁功率柜（盤柜標號為4LP-6LP）柜內的快速熔斷器FU12、FU13、FU15、FU16均熔斷，所在支路的可控硅SCR2、SCR3、SCR5、SCR6也均被擊穿。3號勵磁功率柜（盤柜標號為6LP）柜內阻容吸收回路的3個快速熔斷器FU21、FU22、FU23均已熔斷。（見圖1）

（5）甲保護室機組起勵電源盤（盤柜標號為29BP）內4號發電機起勵電源開關（開關編號為84ZKK）燒損，連接電纜燒斷；直流48V Ⅱ段充電裝置損壞，Ⅱ段部分蓄電池損壞；直流48V Ⅱ段充電裝置與機組起勵電源盤（盤柜標號為29BP）母線的連接開關（開關編號為2ZK3）燒損。（見圖2）

2 事件原因分析

2.1 勵磁系統一次設備存在問題

我廠正常開機為監控下達開機令，開機令聯動合上發電機滅磁開關，同時水輪機導葉打開，機組轉速升至額定轉速的95%，初勵電源直流48V投入，發電機機端電壓達到額定電壓的20%時，起勵接觸器分閘，轉換為勵磁變壓器通過SAVR-2000型勵磁調節器提供勵磁電源。

2.1.1 兩個設備共用一路電源，我廠的發電機滅磁開關的操作電源和勵磁調節器的工作電源為同一路引出的兩個分支。

2.1.2 4號機SAVR-2000型勵磁調節器具有具有電源、硬件、軟件三大類自檢功能，如果在自檢的過程中發現電源電壓過低，隨即發出雙套調節器故障信號，勵磁調節器會停止工作，使可控硅觸發角維持不變。

在此次事故中在起勵接觸器線圈斷電瞬間，對共用一路工作電源的勵磁調節器電源造成干擾，勵磁調節器自檢電壓過低，造成A、B套同時故障，而這時可控硅觸發角維持在開機過程中30度角不變（此為強勵角），造成機組強勵動作、同時也是由于勵磁調節器故障，其本身設置的一些保護措施不能發揮效果（最大勵磁電流瞬時限制及保護、強勵限制保護）造成轉子過電壓保護動作導致發電機滅磁開關跳閘。

2.2 勵磁系統二次回路存在設計缺陷

2.2.1 開機令聯合磁場斷路器

開機令下達后會首先聯動合磁場斷路器，而開機令復歸的條件是發變組出口斷路器合閘即發電機處于發電狀態時或者人為在機旁復歸開停機令。而過電壓保護啟動機組電氣故障，只跳開磁場斷路器，不停機，不復歸開機令，且手動復歸開機令的操作盤離著火設備較近，人員一直無法靠近，因此開機令的存在使磁場斷路器的中間繼電器始終勵磁，磁場斷路器再次合上，而發電機過電壓故障的未消除，使保護動作再次跳開磁場斷路器。磁場斷路器在短時間內如此反復、頻繁分合閘達到9次，在非線性電阻上產生高壓，非線性電阻發熱，加之個別氧化硅閥片老化起火，直至操作機構燒損無法合閘，導致事件的擴大。

2.2.2 磁場斷路器操作回路無防跳躍閉鎖功能，導致磁場斷路器可以短時間內多次分合閘。

2.2.3 機組開機令在保護動作后不解除

我廠的后備保護在動作后會跳開發電機出口開關、跳開磁場斷路器，但是不作用于停機，尤其是在開機過程中出現故障則無法復歸開機令。

3 預防事件重復發生的建議措施

3.1 將“開機令復歸”按鈕接引至監控或者中控室，方便運行人員在事故時及時復歸開機令。

3.2 拔除開機令聯動合磁場斷路器的中間繼電器，將磁場斷路器在“合閘”位置作為開機必備條件，在開機流程中不對磁場斷路器進行操作。

3.3 在滿足“開機令復歸”的條件里加入“保護跳開磁場斷路器”，在主要設備出現故障時能夠復歸開機令。

3.4 在勵磁回路中設計一個容錯功能。在勵磁調節器A、B套同時故障時，強勵的反時限動作流程仍然可以動作。防止機組在強勵狀態下長時間運行。

3.5 勵磁調節器A、B套相對獨立，增加一路直流電源，同時對內部測量回路進行改造，使其電源回路，PT測量回路、可控硅測量回路、故障回路、運算回路、執行回路、反饋回路均能相互獨立、同時又在兩套間設計對比并發出信號。以防止由于調節器公共設備的原因造成勵磁A、B套同時故障。

3.6 鑒于4臺機組的部分勵磁設備已經運行多年（其中滅磁裝置投運26年），建議對勵磁系統設備進行改造換型。

4 改造后的設備現狀

我廠參照以上建議措施，對4號機勵磁調節器及功率柜、滅磁裝置進行了全面的更換，并對出現問題較多的二次電源部分進行重新接引。目前改造后的設備運行穩定，監視及維護方便。其余三臺機的勵磁系統也在近期陸續進行改造換型。