發電機滅磁開關跳閘原因分析及改造方法

摘要：2014年初，綏電公司俄制2×800MW機組性能優化升級改造成單機容量為880MW的熱電聯營機組，并入東北電網。綏中發電廠是東北地區總裝機容量最大的火力發電廠，是聯接華北和東北電網的重要電源支撐點，也是東北電網與華北電網聯網的樞紐電廠，其勵磁系統的安全可靠運行將直接關系到兩大電網系統的安全與穩定。綏中電廠2×880MW汽輪發電機組選用的是南瑞電控公司生產的勵磁系統。

關鍵詞：熱電聯營，勵磁系統，滅磁開關，跳閘。

1.引言

綏中電廠2×880MW熱電聯營機組選用的是南瑞電控公司生產的勵磁系統，滅磁開關選用的是GE公司生產的Gerapid 8007型滅磁開關。滅磁開關運行是否可靠，是關系到機組能否安全穩定運行重要標志。

2.發電機滅磁開關的作用

滅磁開關是接通和切斷勵磁電流，同時斷開時接通滅磁電阻投入滅磁回路，防止發電機過電壓。當發電機停機斷開發電機出口開關時，由于原來發電機還帶有一部分負荷，此時轉子還供有比空載勵是流還大的工作電流，當發電機主開關斷開時所有的勵磁電流及由于外界負荷的斷開引起的汽輪機轉速的升高，這兩部分全部都用來建立電壓，使用滅磁開關防止過壓擊穿。

3.發電機滅磁方式

1）逆變滅磁：發電機的正常滅磁都應該采用逆變滅磁，只有事故時保護動作才啟動跳滅磁開關等滅磁方式。

2）滅磁開關開斷滅磁：滅磁最初就是直接利用滅磁開關吸收發電機轉子中儲存的能量進行快速消滅發電機的主磁場。

3）機械跨接器滅磁：機械跨接器是M10，動作后接通滅磁電阻60R，進行滅磁。

4）電子跨接器滅磁：電子跨接器是由NES5160及晶閘管觸發模塊組成，動作后接通滅磁電阻60R，進行滅磁。滅磁電阻60R是由線性電阻組成。

4.二號發電機滅磁開關跳閘實例分析

4.1事故前工況：2號機組有功功率533MW，無功功率24Mvar，轉子電壓315V，轉子電流2210A。

4.2事故經過：2018年1月24日4時26分，2號發電機跳閘，2號發電機滅磁，汽輪機跳閘，鍋爐MFT。DCS畫面來“發變組主保護動作”報警，2號主變高跳閘，廠用電切換到備用電源供電。

4.3跳閘原因分析：

1）發電機滅磁開關QE11運行中偷跳，引起機組失磁保護動作，是機組停機的直接原因。

2）滅磁開關偷跳原因分析如下：

⑴就地/遠方手動分閘使開關跳閘：通過現場調節器錄波圖及變為記錄，未發現其驅動繼電器K453變位記錄，排除遠方和就地操作跳閘的可能。

⑵保護動作共有兩路信號使滅磁開關跳閘，即保護跳閘1，保護跳閘2.通過機組故障錄波器和調節器錄波圖及變為記錄，在開關分閘前未有變化動作信號開入，在滅磁開關分閘后1秒鐘左右有保護

動作1、2、信號開入，排除其保護動作引起跳閘的可能性。

⑶開關本體手動機械分閘：調閱現場監控錄像，開關跳閘時段無人員進入勵磁間，排除人為操作驅動桿的情況。

⑷分勵脫扣器動作：通過調節器歷史數據及動作原理得知，分勵脫扣器動作是由時間繼電器K33、K32執行，同時驅動K457進而驅動K460封脈沖信號。在此次事件中，滅磁開關動作時，調節器未檢測到封脈沖信號，故排除時間繼電器誤動引起跳閘的可能。

注1：本次事故停機故障錄波可以看出，脈沖回讀故障信號在滅磁開關分閘信號1.5秒后出現。

注2：2號機組正常逆功率停機錄波可以看出，脈沖回讀故障信號在滅磁開關分閘信號0.1秒后出現。

⑸合閘保持回路脫口：Gerapid 8007型滅磁開關合閘后采用機械保持方式，基本排除滅磁開關合閘不到位引起跳閘的可能性。

⑹ED脫口線圈動作：開關內部的控制部分由電源板、ED控制板、分勵控制板和合閘控制板組成。其動作原理是ED脫口線圈由ED控制板控制，其控制信號為外部DC6V-24V的有源信號，該控制信號經ED控制板內部電路觸發可控硅，從而控制ED脫口線圈動作，由于該控制板上電子元器件眾多，無法排除發生軟故障誤觸發可控硅接通跳閘線圈的可能性，初步確定其為滅磁開關偷跳的直接原因。

綜上所述：滅磁開關偷跳的初步原因為ED控制板內部電子元件軟故障誤觸發跳閘回路。

5.二號發電機滅磁開關內部控制板件改造過程分析

1）改造目的：為排除原GE開關ED控制板誤觸發的可能性，進一步增強機組運行的安全可靠性。

2）改造主體思路：GE開關進行局部改造，取消內部控制板件，且將主、備分閘動作線圈更換為強電動作線圈。

3）改造具體實施：

a）GE開關內部接線按照新設計回路進行重新連接

b）改造后控制電源直接接至線圈兩側，按照GE開關說明書對于通電時間等相關要求，勵磁系統滅磁控制回路需要同步進行相應更新，調整部分器件型號及時間繼電器的時間設定，完成后進行回路對線測試，并按照設計圖紙對回路、滅磁開關輔助觸點等項目進行逐一檢查。

4）改造后性能檢查

滅磁開關本體和控制回路改造完成后，對滅磁開關相關性能試驗進行測試檢查。

5）開關升級性能測試

GE開關改造后，滿足行業標準要求“滅磁開關在操作電壓額定值的80%時應可靠合閘，在65%時應能可靠分閘，低于30%時應不動作”。

6.結論

對于整個發變組乃至全電網來說，勵磁系統運行的穩定性，監視的準確性，調整的靈活性，控制的可靠性尤為重要。上述事例說明GE滅磁開關原始的缺陷，暴露出控制的不可靠性，通過對GE滅磁開關內部的改造，以及改造后的常規試驗和升級性能試驗，為機組可靠穩定運行奠定堅實的基礎。同時豐富我們的運維經驗，為同行業兄弟單位提供更多的技術支持。

參考文獻

[1]黃耀群，李興源，《同步電機現代勵磁系統及其控制》，成都科技大學出版社，1993.

[2]中國電力行業標準《大型汽輪發電機自并勵靜止勵磁系統技術條件》，中國電力出版社，DL/T843—2010.

作者簡介：李恩向，葫蘆島市電機工程協會會員，綏中發電有限責任公司維護部