一起發電機勵磁系統逆變失敗事故的分析

邱建 辜永清 張生棚

摘 要：針對近期金安橋水電站一起發電機勵磁系統逆變失敗事故，文章介紹了勵磁系統逆變滅磁原理及其控制，分析了逆變失敗的主要原因，提出了解決方案，對其他電廠避免發生類似事件具有借鑒意義。

關鍵詞：勵磁系統;滅磁;逆變失敗

中圖分類號：TM622

文獻標識碼：A

金安橋水電站位于云南省麗江市，金沙江中段，裝機容量為4×600MW，發電機勵磁方式為機端自并勵，靜止可控硅整流方式。勵磁系統采用東方電機控制設備有限公司生產的GES6630勵磁系統。勵磁系統一般由勵磁變壓器、勵磁調節柜、勵磁整流柜、滅磁及過電壓保護柜組成。

一、滅磁概述

發電機滅磁是勵磁系統的一項重要功能，是指將發電機轉子磁場能量通過某種形式快速消耗掉，從而使發電機機端電壓消失的過程。滅磁可分為兩大類：正常停機滅磁和事故停機滅磁。

發電機正常停機時一般采用逆變滅磁，利用三相全控橋的逆變工作狀態，控制角大于90°，此時勵磁電源極性改變，以反電勢加于勵磁繞組，使勵磁電流快速衰減到零。當發電機內部或電力系統發生諸如短路及接地等事故時，勵磁系統收到事故跳閘命令，通過磁場斷路器切斷勵磁電流，并通過磁場斷路器常閉觸頭、可控硅跨接器等方式將滅磁電阻接入磁場回路，并將蓄藏在磁場繞組中的磁場能量快速消耗，避免事故擴大，其滅磁原理如圖1所示。

二、事故過程

2018年1月27日金安橋水電站進行#3機組甩300MW負荷試驗，試驗過程中出現以下問題：①機械過速造成緊急事故停機;②緊急事故停機流程啟動，監控開出勵磁切除令至3號機組勵磁，勵磁系統在逆變過程中報出逆變失敗信號，隨后跳磁場開關進行滅磁，具體過程如下：

（1）3號機組帶300MW負荷并網運行;

（3）2018-01-27 21：41 ：50 #3機組斷路器分閘操作成功;

（3）2018-01-27 21：41：55 轉速>115%Ne導葉空載以上且主配拒動，3號機組緊急事故停機操作;

（4）2018-01-27 21：41：52 #3號機組緊急事故停機操作成功;

（5）2018-01-27 21：41：55 #3機組開出勵磁切除令;

（6）2018-01-27 21：42：02 3號機組勵磁系統報出逆變失敗信號，跳磁場開關滅磁。

三、事故分析

1.逆變失敗判斷邏輯

勵磁調節器接收到遠方開入或人機界面“勵磁切除令”后，進入逆變滅磁流程，將可控硅觸發角設定到逆變角（140°），同時監測機端電壓。在500個程序循環周期內（11.5秒）機端電壓沒有降至0.05pu（5%）以下，就判斷為逆變失敗并向監控開出“逆變失敗”信號，如圖2所示。

2.人機界面錄波分析

事故后，首先調取了勵磁系統人機界面故障錄波裝置錄取的波形，如圖3所示。

從圖3可以看出，當勵磁系統收到勵磁切除令后，立刻將可控硅觸發角設定為140°，勵磁電流迅速衰減，機端電壓隨之降低。由此可見，事故時勵磁調節器、整流橋動作正確，沒有出現調節器失控或逆變顛覆的現象。從圖3也可看出，機端電壓在下降到一個門檻值后相較于勵磁電流下降得非常緩慢。正是由于機端電壓的緩慢下降，導致勵磁系統檢測到的機端電壓滿足逆變失敗的邏輯判斷條件。

3.PMU數據分析

排除了勵磁系統本身故障之后，現場又調取了PMU保存的數據，試圖找到機端電壓緩慢下降的原因，如上表所示。

由上表可以看出，從21：41：55接收到“勵磁切除令”后，勵磁系統進入逆變滅磁流程，勵磁電壓（逆變過程中應為負值，PMU顯示為0）、勵磁電流逐步降低，5s后，勵磁電流迅速降至3%以下，此時機端電壓降至13%，機組轉速為0;10s后，勵磁電流降至1.5%左右，此時機端電壓降至8.5%，機組轉速為109;11.5s后，即21：42：07時，勵磁電流降至1%左右，此時機端電壓為7.2%，機組轉速為106;由于機端電壓未降至5%以下，勵磁系統判定“逆變失敗”。

將發電機簡化為一個有效長度為l的導體在磁感應強度為B的磁場中以速度v運動，則其感應電動勢：e=Blv，由此可知，導致機端電壓下降變得緩慢的原因是機組轉速的升高。

四、事故結論

金安橋甩負荷試驗過程中，由于主配壓閥拒動進入緊急事故停機流程，勵磁系統逆變滅磁過程正確，勵磁電流迅速降低至接近0。由于主配壓閥拒動，甩負荷機組轉速升高后調速器無法對轉速進行調節，從而導致機端電壓沒有在11.5s以內降至5%以下，而勵磁系統中沒有考慮機組轉速升高的因素，導致“逆變失敗”報出。

五、整改措施

考慮到機組轉速對機端電壓的影響，在逆變失敗邏輯判斷中引入機端電壓和機組頻率（轉速）的比值，如圖4所示。

參考文獻：

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