一起300MW發電機失磁保護動作原因的分析與處理

王新

摘 要：失磁是發電機運行過程中常見的故障之一，運行中的發電機失磁時，其出口電勢會降低，靜穩態平衡會被破壞，發電機的安全穩定運行會受到嚴重威脅。本文對一起300MW發電機因失磁保護動作而跳閘的事件，進行動作原因分析，列出處理方案，從而確保電網和機組的安全運行。

關鍵詞：失磁保護；滅磁開關；大功率繼電器；直流系統

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.24.152

0 引言

某發電廠裝機容量為2*300MW，#2發電機正常運行時，發變組保護（A、B柜）失磁保護動作， #2機組跳閘，現場檢查發電機確實失磁，發變組失磁保護動作正確，隨后進行了故障原因排查和處理。該廠使用的勵磁系統為UNITROL 5000型，是瑞士ABB公司于98年推出的數字式同步發電機靜止勵磁系統，為UNITROL系列的第五代勵磁系統，已投運五年，期間更換通道I主控板（COB）一塊，更換冷卻風扇三組，無其他存在問題。

1 失磁保護動作情況說明

#2機在失磁保護動作后，電氣檢修人員立即到現場對失磁跳閘原因進行檢查，發變組保護裝置、勵磁系統及其他電氣設備無故障情況發生，發電機確實失磁，保護動作正確。調取了故障錄波器故障波形，進一步分析失磁原因，具體波形見圖1：

通過故障錄波器我們可以看出，在發電機失磁t2t3保護動作前1.763秒，勵磁電流突然下降，隨之勵磁電壓也隨之下降，在失磁保護動作后2.5秒，發電機出口斷路器斷開。

檢查DCS后臺記錄，在勵磁電壓和電流降低時，發電機各項指標正常，發電機有功和無功功率也正常，并無異常波動，在發電機保護去斷開發電機出口斷路器的同時，滅磁開關也同時斷開。通過檢查勵磁系統故障時的故障記錄，發現勵磁系統在當時并無報警記錄，只有外部跳閘指令記錄（A143）。

綜合上述故障錄波器及DCS后臺記錄，發現發電機勵磁電壓、電流和勵磁系統正常退勵逆變滅磁波形非常類似，勵磁退出運行后，造成發電機組失磁，但勵磁系統在并網運行期間會閉鎖遠方退勵及其他退勵命令。

2 故障分析及處理

經全面排查，發現#2機直流系統存在串入交流回路的情況，檢查發現輸煤系統#7皮帶就地控制箱改造后接線錯誤，設備啟停操作時交流會串入直流系統，而失磁保護動作前，#7皮帶就地控制箱進行了啟停操作。本次直流系統混入交流，對勵磁系統造成干擾，應是本次失磁保護動作的主要原因。但根據有些電廠出現的直流串入交流的故障跳閘分析，與本次的情況不一致，其故障時對勵磁系統外部跳閘信號回路影響較大，容易造成外部跳閘繼電器動作，滅磁開關跳閘，而此次#2機故障并未出現開關在運行時跳閘的情況，鑒于此種情況，為確保勵磁系統的可靠運行，作出以下處理方案：

（1）對#7皮帶就地控制箱接線進行整改，避免交流串入直流系統的故障再次發生。因輸煤系統潮濕、粉塵多，直流系統容易發生故障，將輸煤系統使用的直流電源移至輔控直流系統，與主廠房直流系統徹底斷開，避免輸煤系統直流故障而影響主機系統。

（2）#2機勵磁系統在兩個月前，依據國網要求對勵磁系統過勵限制進行修改，以滿足勵磁系統限制器滿足標準，由專業工程師對#2機進行了軟件升級，但此次升級僅限于修改限制器的公式，并未對勵磁系統的其它邏輯進行改動。經檢查，邏輯修改和本次失磁保護動作無關聯，不需進行整改。

（3）更換通道I主控板（型號：UNS 2880），更換勵磁系統主控板到各功率柜用于傳遞可控硅觸發控制信號扁平線W13。

（4）勵磁系統外部跳閘繼電器更換。外部跳閘繼電器與本次故障無關，但按照《國網十八項電網重大反事故措施（2011修訂版）》中15.7.8中的要求：所有涉及直接跳閘的重要回路應采用動作電壓在額定直流電源電壓的55%～70%范圍內的中間繼電器，并要求動作功率不低于5W。原中間繼電器電壓為24V，需將原勵磁系統外部跳閘繼電器K291/K292更換為大功率繼電器，以確保設備的可靠運行。

（5）對勵磁系統進行靜態檢查，對勵磁系統內部接線進行緊固及其他常規靜態試驗。

3 結束語

發電機失磁的危害較大，失磁的發電機從電力系統中吸收無功功率，引起電力系統的電壓下降，如果電力系統中無功功率儲備不足，破壞了負荷與各電源間的穩定運行，甚至使電力系統因電壓崩潰而瓦解。由于出現轉差，在發電機轉子回路中出現頻差電流，頻差電流在轉子回路中產生的損耗，如果超出允許值，將使轉子過熱。而流過轉子表層的頻差電流，還可能使轉子本體與槽楔、護環的接觸面上發生嚴重的局部過熱而灼傷。但大型發電機組的勵磁系統環節多，滅磁開關誤動、設備故障、人員過失等造成低勵或失磁的原因很復雜，也造成了事故處理分析中的難點，難以模擬故障現象，越是此類問題越要深入分析故障原因。該廠發電機失磁保護動作，按照處理方案整改后，到目前勵磁系統已運行五年，未發生任何異常情況。

參考文獻：

[1]王維儉.電氣主設備繼電保護原理與應用[J].北京：中國電力出版社，1996.