一起發(fā)電機(jī)勵磁1號功率退柜導(dǎo)致兩功率柜間導(dǎo)線燒壞的分析及處理

四川武都電站有限公司 任碧秀

1 引言

勵磁系統(tǒng)是發(fā)電機(jī)組的重要組成部分，是提供發(fā)電機(jī)磁場電流的裝置。勵磁系統(tǒng)的作用主要有以下三點(diǎn)：一是根據(jù)發(fā)電機(jī)電壓、負(fù)荷及功率因數(shù)的變化調(diào)整發(fā)電機(jī)的勵磁電流，以維持發(fā)電機(jī)端電壓在規(guī)定的水平；二是合理分配并列運(yùn)行發(fā)電機(jī)間的無功負(fù)荷；三是提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性，在發(fā)電機(jī)電壓急劇降低時，迅速加大勵磁電流，以改善系統(tǒng)的運(yùn)行條件，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

勵磁系統(tǒng)包括勵磁電源和勵磁裝置，其中勵磁電源的主體是勵磁機(jī)或勵磁變壓器。勵磁裝置分別由勵磁調(diào)節(jié)柜、功率柜、滅磁柜等勵磁柜組成，具有穩(wěn)壓、恒電流、恒功率因素等功能。勵磁柜是一種為發(fā)電機(jī)建立電壓并穩(wěn)定發(fā)電的設(shè)備，是整個電氣成套系統(tǒng)的CPU，其工作原理如下，調(diào)節(jié)器用發(fā)電機(jī)量測PT電壓輸入電氣信號，直流信號用輸出電流和反映裝置電源電壓調(diào)節(jié)信號。各路信號經(jīng)各自的信號處理及變換電路對信號濾波、隔離放大，變換成適用A/D采樣的信號，并將這些信號送入A/D變換器，再由程序控制依次進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，存放在存貯器中供調(diào)節(jié)器使用。

2 水電站概況

四川省某壩后式水電站，總裝機(jī)3×50MW，多年平均發(fā)電量為6.1 億kWh，設(shè)計利用小時為4064h,電站保證出力為36.8MW，多年平均流量為142m3/s，電站引用流量259.22m3/s。三臺發(fā)電機(jī)分別接成發(fā)變組單元接線，各經(jīng)一臺63000kVA 的主變壓器升壓為220kV，經(jīng)220kV線路送至220kV變電站并入四川主網(wǎng)。電站采用全計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，于2011 年11月正式投產(chǎn)發(fā)電。發(fā)電機(jī)組采用GES3000靜態(tài)勵磁系統(tǒng)，勵磁整流及調(diào)節(jié)器設(shè)置有兩個獨(dú)立的通道，每個通道有一個自動調(diào)節(jié)通道和一個手動調(diào)節(jié)通道，調(diào)節(jié)通道的核心均為工業(yè)控制微機(jī)，采用高可靠智能型冗余容錯結(jié)構(gòu)，該冗余結(jié)構(gòu)采用并聯(lián)方式，當(dāng)有一個冗余部件故障時，不影響系統(tǒng)正常運(yùn)行。

該電站采用自并勵方式，勵磁電源由一臺接于同步發(fā)電機(jī)端的勵磁變壓器（型號ZSCB9-800/10.5）取得，經(jīng)勵磁變壓器降壓380V后，接入三相全控橋式晶閘管整流器，輸出直流額定電壓195V，額定電流1185A，晶閘管的冷卻采用軸流式風(fēng)機(jī)強(qiáng)迫風(fēng)冷，通過晶閘管整流成直流后，供給發(fā)電機(jī)磁場繞組。自動勵磁調(diào)節(jié)器從發(fā)電機(jī)端取得信號，控制晶閘管的導(dǎo)通角，從而按需要控制發(fā)電機(jī)勵磁電流。勵磁變壓器采用環(huán)氧澆注、干式、自冷型式，有溫控報警，其高壓側(cè)不設(shè)自動開關(guān)，副邊根據(jù)需要沒有設(shè)開關(guān)或自動開關(guān)。高壓側(cè)接線包括在發(fā)電機(jī)的差動保護(hù)范圍之內(nèi)，副邊出線口裝有電流互感器TA，作為勵磁調(diào)節(jié)器的測量轉(zhuǎn)子電流信號。勵磁變壓器繞組的聯(lián)接組別一般為Y/d－11，為了消除由于晶閘管整流換向引起波形畸變所產(chǎn)生高次諧波中的三次諧波及其三倍的高次諧波之影響。勵磁系統(tǒng)由勵磁調(diào)節(jié)柜、功率1號柜、功率2號柜、滅磁柜共四面屏柜和1 臺勵磁變組成，勵磁原理如圖1所示。

圖1 勵磁原理

3 事件經(jīng)過及檢查處理

電站在投運(yùn)后半年時間內(nèi)發(fā)生一次功率柜退柜事故。當(dāng)日1 號、2 號機(jī)組各帶50MW 負(fù)荷運(yùn)行，3號機(jī)組熱備用。10:34分當(dāng)值設(shè)備運(yùn)維班人員進(jìn)行備自投（廠用電Ⅰ段帶Ⅱ段）切換試驗(yàn)時，斷開Ⅱ段廠變低壓側(cè)開關(guān)時，備自投未投入（后來檢查系備自投程序不完善所致），導(dǎo)致Ⅱ段廠用電臨時中斷。此時上位機(jī)報“1 號功率柜退柜”，1 號機(jī)組勵磁柜傳來爆炸聲響，并伴有焦臭味，現(xiàn)場人員及時趕到1號機(jī)組勵磁功率柜發(fā)現(xiàn)1號功率柜退柜，功率柜柜間導(dǎo)線有燒斷現(xiàn)象。

事故發(fā)生后，值長立即匯報調(diào)度，申請轉(zhuǎn)移1號機(jī)組負(fù)荷至3號機(jī)組，及時恢復(fù)了Ⅱ段廠用電供電。待1 號機(jī)組停機(jī)，做好安全措施后，經(jīng)檢查確認(rèn)了功率柜1、2柜之間由勵磁變引來的交流相間并聯(lián)接線發(fā)生短路并燒斷，調(diào)節(jié)柜顯示屏報“1號功率柜退柜”“A、B通道故障”“SCR 柜通信故障”。經(jīng)生產(chǎn)領(lǐng)導(dǎo)同意后值長迅速組織人員進(jìn)行導(dǎo)線更換，并對勵磁柜和風(fēng)機(jī)主、備用電源回路、勵磁同步脈沖信號回路全面檢查，未發(fā)現(xiàn)異常。13:40分將1號機(jī)組開啟至空轉(zhuǎn)，試運(yùn)行正常，13:50 向調(diào)度匯報事故情況并申請同意1號機(jī)組運(yùn)行后，1號機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行正常。

4 事件原因、分析及處理

4.1 1號功率柜發(fā)退柜運(yùn)行的原因、分析及處理

1 號發(fā)電機(jī)勵磁功率柜冷卻風(fēng)機(jī)主用電源為Ⅱ段廠用電，備用為勵磁變電源。風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行情況下主供電源K52 帶電，備用電源K53 不帶電，兩臺風(fēng)機(jī)運(yùn)行，當(dāng)主供電源失電，主供電源監(jiān)視繼電器K27 發(fā)出信號輸入后，通過K52、K53 可實(shí)現(xiàn)兩路電源能相互閉鎖和切換，完全達(dá)到100%的冗余效果，勵磁風(fēng)機(jī)控制原理如圖2所示。

圖2 勵磁風(fēng)機(jī)控制原理

當(dāng)Ⅱ段廠用電（主供電源）消失，勵磁風(fēng)機(jī)電源因電源切換回路故障，1 號功率柜風(fēng)機(jī)電源沒有切換至勵磁變電源（備用電源），導(dǎo)致風(fēng)機(jī)電源消失風(fēng)機(jī)停運(yùn)，風(fēng)機(jī)運(yùn)行監(jiān)視E51 閉合，發(fā)出1號功率柜“退柜”信號。經(jīng)檢查處理該電源切換回路之后，多次切換電源回路正常，故障消除，此過程2 號功率柜風(fēng)機(jī)電源切換及風(fēng)機(jī)運(yùn)行均正常。

4.2 功率柜1、2柜之間由勵磁變引來的交流相間并聯(lián)接線發(fā)生短路并燒斷原因、分析

事故發(fā)生時功率柜接線如圖3所示。

圖3 事故發(fā)生時功率柜接線

發(fā)電機(jī)勵磁變低壓側(cè)用ZR-YJV-3＊240電纜分別接至兩臺功率柜，功率兩柜之間交流相間設(shè)置4mm2銅芯橡膠導(dǎo)線的聯(lián)絡(luò)線，目的是其中一柜交流電源消失可確保脈沖變壓器和風(fēng)機(jī)備用電源變壓器不會失電，勵磁變低壓側(cè)至兩個勵磁功率柜之間采用電纜硬連接，中間無斷路器等電氣設(shè)備。

實(shí)際上兩臺勵磁功率柜已在勵磁變低壓側(cè)出線處已經(jīng)實(shí)現(xiàn)并聯(lián)，并不需要在功率柜間再次聯(lián)接，由此線反使兩柜之間再次形成并聯(lián)環(huán)流通道。正常時額定負(fù)荷下，勵磁輸出電壓195V，輸出電流1185A，其視在功率231kVA，勵磁變低壓側(cè)電壓380V,整流轉(zhuǎn)換率0.9，這樣可算得勵磁變向兩臺功率柜供電電流分別是220A。由于該聯(lián)絡(luò)線兩端電壓和電阻均等，其環(huán)流較小，約為2～3A，當(dāng)發(fā)生1 號功率柜退柜使輸入2 號柜的交流電流瞬間增大1 倍，此時該4mm2的聯(lián)絡(luò)線則相當(dāng)于分流線，會產(chǎn)生瞬間接近200A 的環(huán)流。正常情況4mm2銅芯線最大允許載流量35～40A 左右，所以很快破壞導(dǎo)線絕緣層，導(dǎo)致相間導(dǎo)線擊穿，發(fā)生導(dǎo)線短路燒斷現(xiàn)象。這種勵磁功率柜接線適用于勵磁變低壓側(cè)至兩個勵磁功率柜之間設(shè)有斷路器的情況。

4.3 處理

通過事故現(xiàn)象逐漸展開分析總結(jié)，由于廠用電倒換電試驗(yàn)時（廠用電備自投故障）→Ⅱ段廠用電消失（1號功率柜風(fēng)機(jī)自動投入系統(tǒng)故障，備用電源未投入）→1號功率柜風(fēng)機(jī)停運(yùn)→1號功率柜退柜→2 號功率柜負(fù)荷增加1 倍→2 號功率柜輸入電流增加1 倍→1、2 號功率柜之間的環(huán)線變分流線（嚴(yán)重過載）→環(huán)線瞬間過載燒壞。

針對上述情況，電站書面函告勵磁制造廠家，勵磁廠家回復(fù)意見是決定將柜間聯(lián)絡(luò)線取消。電站技術(shù)人員拆線改造后的勵磁系統(tǒng)，通過運(yùn)行觀察各方面一切正常。改造后接線如圖4所示。

圖4 改造后接線

5 暴露的問題

對此次勵磁事件的分析處理，先后發(fā)生了風(fēng)機(jī)電源切換回路故障，導(dǎo)致其中一個功率柜退柜。而兩功率柜間接線錯誤，最終導(dǎo)致兩功率柜間接線短路燒壞事故。通過分析，暴露以下幾個問題。

一是設(shè)計圖紙審核不嚴(yán)格。原勵磁功率柜接線適用于勵磁變低壓側(cè)至兩個勵磁功率柜之間設(shè)有斷路器的情況，也說明了部分出廠設(shè)備并沒有針對性，總是千篇一律給各個電站配設(shè)備，而電站設(shè)計人員審核時候不夠嚴(yán)格，對廠家出圖并未仔細(xì)審核修改，將廠家圖紙作為設(shè)計圖。

二是現(xiàn)場施工安裝和調(diào)試管理不足。在設(shè)備安裝調(diào)試期間，施工人員、監(jiān)理人員以及業(yè)主方均未及時發(fā)現(xiàn)兩勵磁功率柜接線設(shè)計圖紙錯誤，調(diào)試期間沒有進(jìn)行勵磁功率柜單通道運(yùn)行試驗(yàn)。

三是作為新建電站運(yùn)行管理方?jīng)]有認(rèn)真熟悉圖紙，思考圖紙原理，應(yīng)該對兩勵磁功率柜之間接線方式進(jìn)行思考，及時發(fā)現(xiàn)存在的隱患。

四是電站設(shè)備維護(hù)人員工作前事故預(yù)想和風(fēng)險評估不到位。在進(jìn)行廠用電切換試驗(yàn)前，應(yīng)預(yù)先評估廠用電切換裝置、勵磁風(fēng)機(jī)電源切換裝置是否可靠，確認(rèn)無疑后，才能進(jìn)行切換操作。

五是電站設(shè)備維護(hù)人員對設(shè)備維護(hù)檢查不到位。事故發(fā)生前，在進(jìn)行廠用電倒換操作時，發(fā)生了勵磁風(fēng)機(jī)電源切換回路故障，說明平時設(shè)備維護(hù)檢查及試驗(yàn)不夠細(xì)致。

6 結(jié)語

安全生產(chǎn)是企業(yè)發(fā)展永恒的主題，是企業(yè)效益的根本體現(xiàn)。通過上述事故，電力設(shè)備管理工作直接影響企業(yè)安全生產(chǎn)，必須以科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度來對待。作為電站發(fā)電運(yùn)行管理人員，不能依賴或者完全相信設(shè)計圖、竣工圖，運(yùn)行管理中應(yīng)思考弄清設(shè)備工作原理，設(shè)計原理及功能，以便及早發(fā)現(xiàn)問題。對于電站負(fù)責(zé)設(shè)備故障處理的技術(shù)人員，要求各方面能力全面發(fā)展，做任何操作前，應(yīng)認(rèn)真分析、思考可能存在的隱患，這樣操作可能導(dǎo)致的事故，做好事故預(yù)想和應(yīng)對措施。設(shè)備管理人員加強(qiáng)設(shè)備的定期檢查、維護(hù)、更換，及時發(fā)現(xiàn)故障，避免事故發(fā)生。對于電站內(nèi)非正常停機(jī)及事故應(yīng)作好相關(guān)記錄，以便于日后總結(jié)參考。