一起發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁變燒毀事故分析

劉赟，鄒磊，胡海寧

(1.國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，湖南長(zhǎng)沙410007；2.國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司長(zhǎng)沙供電分公司，湖南長(zhǎng)沙410015)

一起發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁變燒毀事故分析

劉赟1，鄒磊2，胡海寧2

(1.國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，湖南長(zhǎng)沙410007；2.國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司長(zhǎng)沙供電分公司，湖南長(zhǎng)沙410015)

文章分析了一起600 MW發(fā)電機(jī)組的勵(lì)磁變燒毀事故。通過對(duì)故障前后等值電路的差異開展理論分析，明確了事故的發(fā)展過程和故障原因，提出了減少此類故障的建議。

發(fā)電機(jī)組；勵(lì)磁變；燒毀；故障原因

勵(lì)磁變壓器通常用來給發(fā)電機(jī)勵(lì)磁裝置提供勵(lì)磁電源，勵(lì)磁變一般不進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)〔1〕， 因此，勵(lì)磁變的運(yùn)行安全直接影響發(fā)電機(jī)組的安全。近些年，由于短路而造成勵(lì)磁變燒毀的事件時(shí)有發(fā)生〔2－5〕。本文針對(duì)一起發(fā)電廠勵(lì)磁變燒毀事件全過程分析，并列出了故障的預(yù)控措施，有助于類似故障進(jìn)行分析、判斷和預(yù)防處理。

1 事故前系統(tǒng)簡(jiǎn)介

2號(hào)發(fā)電機(jī)出口與勵(lì)磁變高壓側(cè)相連，通過發(fā)電機(jī)出口開關(guān) (GCB)與＃2A，＃2B高廠變高壓側(cè)以及主變低壓側(cè)相連，勵(lì)磁變、＃2A，＃2B高廠變、主變帶負(fù)荷運(yùn)行。定子電壓、電流正常，2號(hào)主變、＃2A，＃2B高廠變和勵(lì)磁變電流、電壓正常。二次方面，2號(hào)發(fā)電機(jī)、主變、勵(lì)磁變、＃2A，＃2B高廠變保護(hù)無動(dòng)作，運(yùn)行正常。勵(lì)磁變的主要參數(shù):型號(hào)ZLS09－X－6600/22，電壓組合22 kV± 2×2.5%/850 V，接線組別Ynd11。

2 外觀檢查和試驗(yàn)情況

事故發(fā)生后，對(duì)勵(lì)磁變的外觀進(jìn)行了檢查，并對(duì)其進(jìn)行了絕緣電阻和直流電阻測(cè)量，高—低地和低—高地絕緣電阻滿足要求。

B－Y相直流電阻值偏大，應(yīng)與測(cè)量方法有關(guān)。事故發(fā)生后，B相高壓側(cè)兩段繞組的串聯(lián)連接銅排斷裂，無法直接測(cè)量首尾兩端電阻，分別測(cè)量?jī)啥沃绷麟娮枵＃梢耘袛鄤?lì)磁變的直流電阻無異常。

事故中勵(lì)磁變表面絕緣在電弧作用下?lián)p傷嚴(yán)重，高、低壓繞組部分絕緣已經(jīng)碳化。

3 事故發(fā)展過程

事故調(diào)查結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)勘察、試驗(yàn)檢測(cè)和故障錄波數(shù)據(jù)分析，事故原因逐漸明朗，故障發(fā)展分為三個(gè)階段。

3.1 第一階段

故障第一階段為故障開始發(fā)展到發(fā)電機(jī)定子接地。為方便描述，以事故當(dāng)天9時(shí)7分18秒為時(shí)間基點(diǎn)。從－19 ms左右故障開始到定子接地時(shí)的165 ms，在這段時(shí)間內(nèi)發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓幅值和相位是對(duì)稱的，保護(hù)也未見有信號(hào)發(fā)出，而勵(lì)磁變高壓側(cè)電流幅值緩慢增加，角度逐漸偏移，數(shù)據(jù)顯示勵(lì)磁變高壓側(cè)A，B，C三相電流由正常的負(fù)荷電流120 A左右逐漸增大，到165 ms發(fā)電機(jī)定子接地時(shí)A相電流為3.2 kA，B，C相電流約為1.8 kA，且B，C相角相差為9°，與A相差183°，見圖1。

圖1 第一階段故障錄波

3.2 第二階段

故障第二階段是發(fā)電機(jī)定子接地到發(fā)電機(jī)出口三相短路。165 ms時(shí)發(fā)電機(jī)定子A相發(fā)生金屬性接地故障，機(jī)端零序電壓21 kV，B，C相地電壓上升為線電壓。此時(shí)勵(lì)磁變高壓側(cè)電流突變至A相4.2 kA，B，C相電流為2.2 kA左右，B，C相電流基本同相位，與A相反相位。

在此期間 (190 ms時(shí))由于勵(lì)磁變差動(dòng)動(dòng)作，出口汽機(jī)跳閘、跳發(fā)電機(jī)出口斷路器和滅磁開關(guān)，237 ms時(shí)發(fā)電機(jī)滅磁完成，轉(zhuǎn)子電流降至0，數(shù)據(jù)顯示滅磁開關(guān)動(dòng)作前發(fā)電機(jī)定子電流基本維持在16 kA。由于該廠發(fā)電機(jī)的滅磁時(shí)間常數(shù)大于1 s，也就是說在即使滅磁開關(guān)斷開，發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓仍然維持緩慢下降，而此前存在接地故障在機(jī)端剩余電壓作用下仍然維持，接地產(chǎn)生的弧光也繼續(xù)維持，其產(chǎn)生的高溫氣體一直維持在勵(lì)磁變密閉的殼體內(nèi)，到517 ms時(shí)形成了A，B相相間短路，到541 ms時(shí)形成了A，B，C相三相短路。至此為故障發(fā)生的第二階段，故障錄波圖見圖2。在此期間只有勵(lì)磁變發(fā)出了差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。

3.3 第三階段

圖2 第二階段故障錄波

第三階段為發(fā)電機(jī)相間短路。由于發(fā)電機(jī)相間前機(jī)端電壓尚有18 kV左右，相間短路造成發(fā)電機(jī)定子流過巨大的短路電流，對(duì)發(fā)電機(jī)造成沖擊。發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作在541 ms時(shí)發(fā)出，屬正確動(dòng)作。

從勵(lì)磁變差動(dòng)跳開滅磁開關(guān)到機(jī)端三相短路期間，由于發(fā)電機(jī)出口GCB斷開，發(fā)電機(jī)和勵(lì)磁變構(gòu)成回路，流過發(fā)電機(jī)的電流同時(shí)也流過勵(lì)磁變故障點(diǎn)和勵(lì)磁變本體。從故障錄波圖上可以清楚看到，從滅磁開關(guān)跳開到發(fā)電機(jī)出口三相短路期間，發(fā)電機(jī)定子三相電流與勵(lì)磁變高壓側(cè)TA測(cè)得的電流存在一致對(duì)應(yīng)的關(guān)系；說明了發(fā)電機(jī)出口三相短路前勵(lì)磁變高壓側(cè)TA一直正常工作的，而在發(fā)電機(jī)出口三相短路后由于承受不了巨大的弧光和電流，勵(lì)磁變A，B相TA先后損壞，而從錄波圖上看C相TA始終能夠正常測(cè)量故障電流；同時(shí)從故障開始發(fā)展，到發(fā)電機(jī)滅磁這段時(shí)間內(nèi)，從錄波數(shù)據(jù)上可以看到，勵(lì)磁變低壓側(cè)的電流始終維持在3 kA左右，三相也始終保持對(duì)稱。

4 事故原因分析

1)第一階段

此階段故障原因?yàn)閯?lì)磁變A相與其中性點(diǎn)非金屬性短路造成，此時(shí)其故障等效電路圖見圖3。

從電路上來分析，相當(dāng)于在勵(lì)磁變A相繞組支路旁接一個(gè)電阻。隨著流過旁接電阻電流的增大，電路的不對(duì)性加劇，A，B，C相電流不對(duì)稱性也隨之增大 (故障電流的疊加作用)。此過程為非金屬性短接，定子20 kV母線系統(tǒng)A，B，C三相電壓維持穩(wěn)定，勵(lì)磁變低壓側(cè)電流維持穩(wěn)定，短路放電程度還不夠強(qiáng)烈。

圖3 故障第一階段示意圖

高壓A相繞組首尾間的環(huán)氧樹脂桶表面和頂部低壓側(cè)B相母排連接片有明顯電弧燒傷痕跡，如圖4。可確定該處為故障第一階段故障點(diǎn)。

圖4 被電弧燒傷的表面

2)第二階段

故障發(fā)展為勵(lì)磁變A相和中性點(diǎn)短接金屬性接地故障，此時(shí)A相失壓，B，C相電壓變?yōu)榫€電壓，同時(shí)勵(lì)磁變A相繞組首端和中性點(diǎn)短接接地。在比較故障前后電路特征后，根據(jù)疊加原理，相比正常運(yùn)行時(shí)，故障后電路相當(dāng)于在勵(lì)磁變A相疊加了一個(gè)與原電動(dòng)勢(shì)相反的電動(dòng)勢(shì)，故障電流的流向見圖5，此時(shí)回路中流通的電流為等效疊加電源單獨(dú)作用時(shí)電路中流過的電流加上正常運(yùn)行時(shí)負(fù)荷電流。因發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)為高阻抗接地，回路零序阻抗較大，在與大地構(gòu)成的零序回路中的電流較小。因此，A相電流約等于為B，C相電流之和，而相位則與之相反。

圖5 A相金屬性接地時(shí)故障電流流向

3)第三階段

隨著回路中故障電流的增大，在電熱和電動(dòng)力的共同作用下，勵(lì)磁變高壓側(cè)三相電流互感器爆炸，且伴隨著弧光和高溫氣體，B，C相相繼對(duì)地短路，最終造成三相對(duì)地短路，三相電路恢復(fù)對(duì)稱，此時(shí)短路電流達(dá)到50 kA以上，封母與勵(lì)磁變的連接線燒斷，見圖6。

圖6 高壓側(cè)TA損壞

4)綜合分析

結(jié)合錄波圖、保護(hù)動(dòng)作情況以及現(xiàn)場(chǎng)的檢查情況，確定本次故障部位位于勵(lì)磁變高壓側(cè)TA與勵(lì)磁變高壓繞之間，A相繞組線端對(duì)中性點(diǎn)非金屬性短路，逐漸發(fā)展為金屬性接地故障，并在接地弧光的作用下發(fā)展為三相短路故障。

5 結(jié)束語

為預(yù)防由于非金屬性短路造成勵(lì)磁變燒毀事故的發(fā)生，應(yīng)充分重視勵(lì)磁變的選型和驗(yàn)收，選用有豐富制造經(jīng)驗(yàn)、良好運(yùn)行業(yè)績(jī)、通過嚴(yán)格試驗(yàn)的廠家產(chǎn)品。同時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)勵(lì)磁變的出廠檢測(cè)和運(yùn)行中的預(yù)防性試驗(yàn)，加強(qiáng)紅外測(cè)溫，特別是高溫重負(fù)荷期間應(yīng)縮短檢測(cè)周期。

〔1〕趙小瑩，廖虹煒.發(fā)電機(jī)勵(lì)磁變壓器幾個(gè)關(guān)鍵問題的分析〔J〕.變壓器，2011，48(6):49-51.

〔2〕尚雄英.一起600 MW機(jī)組勵(lì)磁變壓器故障分析及處理 〔J〕.安徽電力，2014，31(2):15-17.

〔3〕孫國(guó)彬.淺析勵(lì)磁機(jī)故障原因與消除措施 〔J〕.電機(jī)技術(shù)，2005(2):54-55.

〔4〕祁永寨.勵(lì)磁變壓器故障分析與探討 〔J〕.山西電力，2005 (1):47-49.

〔5〕郭建.勵(lì)磁變壓器事故分析與短路電流計(jì)算 〔J〕.電力自動(dòng)化設(shè)備，2002，22(12):47-49.

Analysis of a Generator Set Excitation Transformer Burned Accident

LIU Yun1，ZOU Lei2，HU Haining2
(1.State Grid Hunan Electric Power Corporation Research Institute，Changsha 410007，China；2.State Grid Hunan Electric Power Corporation Changsha Power Supply Company，Changsha 410015，China)

This paper analyzes a 600 MW generator set excitation transformer burned Accident.Through the theoretical analysis of the difference of the equivalent circuit before and after the accident，the development process and reasons ofthe accident are defined，and the suggestions for reducing the fault are proposed.

generator set；excitation transformer；burned；reasons of the accident

TM407

:B

:1008-0198(2017)02-0076-03

10.3969/j.issn.1008-0198.2017.02.019

2016-11-14

劉赟(1981)，湖南湘潭人，碩士，高級(jí)工程師，主要從事變壓器專業(yè)研究。