電廠發電機勵磁系統常見故障探究

李志鵬 孔海波

摘 要：勵磁系統在運行時由于受到諸多內外因素的影響常出現一些故障，影響其作用的發揮。為此，有必要通過分析掌握勵磁系統常見故障類型與產生原因，為故障防治提供參考，明確故障產生原因與處理方法，旨在為發電機組安全運行提供保障。

關鍵詞：電廠;發電機;勵磁系統;故障處理

1 電廠大型汽輪發電機無刷勵磁系統常見故障分析

1.1 故障基本情況

湖南某電廠采用300MW大型汽輪發電機，其勵磁方式主要為無刷勵磁在機組運行一年內，共出現30余次故障，以失磁跳機為主。之后由于鍋爐發生爆管進行停機修復之后，重新實施并網，發電機組突然發生跳機，根據故障信號判別為失磁跳機。從發生跳機時的機組功率及線電壓可以看出，無功功率大幅下降，降至-165Mvar，說明在這種情況下電壓快速下降。事故發生后，在沒有進行檢查的條件下，機組又沖轉至3000轉，在自動模式下AVR再次投入勵磁，在線電壓升高到13kV后AVR通道全部跳閘。將自動模式改成手動，二次進行起勵，但電壓并未升高。結合測量結果，當定子磁場電流≥80A時，電壓不足5kV，比額定值低很多。測量轉子絕緣，轉子對地絕緣電阻等于0。此外，從保護裝置記錄中還發現有報警信號，操作人員復歸4次都未能成功。由此可知，事故發生前轉子已經有一點接地，因人員未對此重視并做正確處理，使其繼續投運，導致2號機組有兩點同時接地，引起失磁進相，使保護動作跳閘。

1.2 系統檢查

1）AVR檢查。硬件與使用功能都未出現異常，但1、2號機組所用保護設置完全不同，2號機組的有效保護設置不足1號機組50%，保護深度相對較小。

2）電氣檢查。（1）永磁機。由于所用電纜的規格與材料存在問題，因此永磁機至AVR交流側與AVR至定子直流側的壓降不合理，出現偏大的趨勢。（2）故障錄波器。由于錄波器未設置啟動參數，因此在發生故障時無法正常啟動錄波。（3）電氣保護與整定。根據現場調查結果可知，故障跳閘基本邏輯屬于ClassA，但業主將其改為ClassB，使跳機時間被大幅延長。此外，2號機組的低勵保護功能參數深于AVR，而1號機組淺于AVR，在保護邏輯方面存在矛盾。

1.3 故障原因

1.3.1 電網實際情況

根據電廠所處電網實際情況可知，該電廠機組均運行在孤網中，交流勵磁發電系統結構。當磁場以一定速度進行旋轉時，磁場相對轉子以以下速度旋轉：ωc=ω0-ωr（1）式中，ω0為電角速度（定子側電源）;ωr為電角速度（轉子旋轉）;ωc為磁場相對轉子旋轉速度。由此可得轉子勵磁電流頻率和定子電流頻率間的關系：fc=f0S（2）式中，fc為轉子勵磁電流頻率;f0為定子電流頻率;S為轉差率。電網的基本情況如下：

1）工況一：因電網容量較小，且受到負荷的影響，導致發電機實際輸出功率存在三相不平衡問題。2）工況二：發電機運行于低頻的情況，該工況的頻率均值為46.5Hz左右。3）工況三：發電機運行于電壓極低狀況。從上述異常情況中可以看出，電網較為薄弱，常出現異常現象，如電壓波動和不平衡負荷等。

1.3.2 跳機原因

1）機組在某負荷條件下的壓降對比見表1。

2）強勵條件下入口電壓的對比。從強勵條件下的參數可知，如果1號機組在310MW/57Mvar狀態下強勵時，PMG電壓和入口電壓分別為79.3V與68V;2號機組在相同狀態下的強勵PMG端口電壓和入口電壓分別為70.2V與46.4V，二者相差1/3。

因2號機組在加工時沒有質量事故和隱患，所以本次故障發生時由于電網電壓不穩定使機組反復受到沖擊而產生跳機，此外在機械、電和熱的同時作用下，轉子絕緣頻繁受到損傷，發生一點接地故障。在發生事故以前已經有一點接地，未進行有效處理，2號機組繼續運行，繼而出現兩點接地。此外，在發生跳機后又未進行檢查，再次實施空載運行，使得事故不斷惡化，導致轉子受到嚴重損。

1.4 故障處理

1.4.1 AVR改進

1）檢查AVR使用功能，通過對裝置的保護參數及限制參數的有效優化，提升動態性能，同時結合回路電纜與PMG的實時更換，為2號機組運行安全提供可靠保障。2）積極與廠家聯系溝通，盡快制定整定規范，根據機組實際運行情況對功能參數進行整定，從而保證其運行安全和穩定性。

1.4.2 故障錄波裝置改進

1）按照現行技術規范，根據發電廠及變電所具有的重要作用，采用獨立式錄波器。2）合理調整設定值。

2 電廠自并勵靜止勵磁系統常見故障

2.1 故障基本情況

某電廠8號勵磁變高壓B相電流互感器通過檢測發現有電流突變，同時在較短時間內達到飽和限幅的狀態，40ms以后主變發生差動保護動作，又10ms后滅磁開關動作，導致機組跳機

2.2 系統檢查

1）勵磁變外殼。勵磁變過去發生過爆炸，目前僅剩框架，變形嚴重且存在放電痕跡。2）本體與電流互感器。本體高壓繞組B相絕緣上部分出現開裂，且內部銅繞線出現變形和移位。3）高壓離相母線。離相母線和勵磁變的連接線出現斷裂與彎曲，外罩的變形較為嚴重。

2.3 故障產生原因

1）從故障錄波圖中可看出，B相回路為事故起始點，因電流互感器錄到有短路電流存在，故短路時也有勵磁變電流互感器及高壓繞組的參與。2）勵磁變電動力已超出穩定極限，其上半部分絕緣出現開裂，且高壓繞組也出現變形與移位。3）故障之所以會擴大，一方面是因為電流互感器自身動穩定特性難以承受短路產生的初始電流，另一方面是流經電流互感器的電流持續增大，無法承受，出現三相短路。

2.4 故障處理

1）在大修作業中除進行常規試驗以外，還需進行感應電壓試驗，以此來增強考核力度，達到保證勵磁變壓器自身質量的目的。2）勵磁變壓器的高壓側電流互感器重新按照穿心式進行提供，舍棄傳統的澆注式，盡管其不涉及穩定特性，但仍然有電氣距離與電場平衡等方面的問題，除了要對電流互感器布置進行全面評估，還要切實做好后期維護工作;對整流元件均流及均壓情況進行檢查，要求均流系數不得小于0.85，即：平均輸出量最大輸出量≥0.85。3）建議直接取消絕緣隔板，雖然設置絕緣隔板不是造成本次故障的主要原因，但因所用環氧板具有吸潮特性，且安轉位置需要特別分析。先前設置的絕緣隔板可能不僅無法起到預期的隔離作用，還會因為受潮而影響電氣絕緣，繼而產生爬電。

3 結語

雖然以上兩個實例并不足以代表全部勵磁系統故障類型、產生原因和處理方法，但經過深入的分析，仍可深入了解并掌握部分故障，為電廠大型發電機組維護工作提供參考，同時也為發電機勵磁系統日后研究工作積累寶貴經驗，進而在保證電力系統穩定運行方面發揮應有作用。

參考文獻

[1]賀永剛，趙鐵英.UNITROL6800勵磁系統故障引起跳機原因分析及改進[J].電工電氣，2016（10）：31-35，56.