自并勵(lì)發(fā)電機(jī)停機(jī)過(guò)程轉(zhuǎn)子電壓異常的分析及處理

劉義娟

（五強(qiáng)溪水電廠，湖南 懷化 419636）

1 電廠概況及機(jī)組主要參數(shù)

五強(qiáng)溪水力發(fā)電廠位于沅水干流下游沅陵縣境內(nèi)，上游距沅陵縣城73 km，下距常德市130 km，距省會(huì)長(zhǎng)沙310 km，是湖南省最大的一座水電站。五強(qiáng)溪電廠以發(fā)電為主，兼有防洪、航運(yùn)等綜合效益，為華中電網(wǎng)骨干調(diào)峰調(diào)頻電廠。電廠裝有5 臺(tái)單機(jī)容量240 MW 的混流式水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量120 萬(wàn)kW。改造后的1 號(hào)、3 號(hào)、4 號(hào)、5 號(hào)機(jī)采用國(guó)電南瑞NES6100 產(chǎn)品，2 號(hào)機(jī)采用國(guó)電南瑞NES5100 產(chǎn)品。

表1 機(jī)組主要參數(shù)

2 事件現(xiàn)象

2018 年12 月13 日00：13：00，3 號(hào) 機(jī) 組 停 機(jī)過(guò)程，跳發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)803 后，機(jī)端電壓下降至87%UGN，機(jī)組解列后勵(lì)磁機(jī)端電壓給定將自動(dòng)變?yōu)?00%UGN，此時(shí)勵(lì)磁為維持機(jī)端電壓給定值，勵(lì)磁迅速?gòu)?qiáng)勵(lì)，出現(xiàn)短時(shí)最高約950 V 轉(zhuǎn)子電壓的現(xiàn)象。

表2 具體停機(jī)流程

3 事件原因分析

（1 ）停機(jī)流程

正常停機(jī)過(guò)程為集控手動(dòng)減負(fù)荷將導(dǎo)葉關(guān)至空載以下位置，再下發(fā)停機(jī)令。監(jiān)控接收到停機(jī)令后首先判斷導(dǎo)葉在空載以下位置或有功P_0＜10 MW、-9 Mvar＜無(wú)功Q_0＜9 Mvar、導(dǎo)葉開(kāi)度K_0＜18%條件滿足后，監(jiān)控下令跳發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)，檢測(cè)發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)確已跳開(kāi)后監(jiān)控下令退勵(lì)磁（圖1）。

圖2 停機(jī)過(guò)程波形分析

（2 ）停機(jī)過(guò)程波形分析

3 號(hào)機(jī)出口開(kāi)關(guān)斷開(kāi)前機(jī)組工況如表3 所示。

表3 3 號(hào)機(jī)出口開(kāi)關(guān)斷開(kāi)前機(jī)組工況

此工況導(dǎo)葉已在空載以下位置，滿足監(jiān)控直接跳發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)條件，直接停機(jī)相當(dāng)于甩-85 Mvar無(wú)功。跳開(kāi)發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)，機(jī)組解列后勵(lì)磁機(jī)端電壓給定將自動(dòng)變?yōu)?00%UGN，此時(shí)由于轉(zhuǎn)子電流較小，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)強(qiáng)度較弱，機(jī)端電壓下降，最低降至7 976 V（87.7%UGN），機(jī)端電壓下降過(guò)程，勵(lì)磁為保證暫態(tài)穩(wěn)定，維持機(jī)端電壓為給定值，勵(lì)磁將迅速響應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)勵(lì)（若故障時(shí)機(jī)端電壓不能恢復(fù)至給定值，強(qiáng)勵(lì)到一定程度將會(huì)強(qiáng)勵(lì)限制，限制輸出，保護(hù)轉(zhuǎn)子），最大勵(lì)磁電壓為955 V，維持約50 ms，最大勵(lì)磁電流1 077 A，機(jī)端電壓迅速恢復(fù)至8 773 V（96.5%UGN），從下降至恢復(fù)過(guò)程約380 ms。發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)跳開(kāi)后，勵(lì)磁接收退勵(lì)磁指令，直接逆變停機(jī)。

（3 ）數(shù)據(jù)分析

3 號(hào)機(jī)出口開(kāi)關(guān)斷開(kāi)前轉(zhuǎn)子電壓EFZ=107 V、轉(zhuǎn)子電流IFZ=650 A，對(duì)比發(fā)電機(jī)空載特性曲線，此時(shí)對(duì)應(yīng)空載機(jī)端電壓約70%UGN。原70%UGN至90%UGN做20%大階躍試驗(yàn)時(shí)，強(qiáng)勵(lì)最大勵(lì)磁電壓840 V，最大勵(lì)磁電流884 A。此工況跳發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)，相當(dāng)于70%UGN至100%UGN做30%大階躍，強(qiáng)勵(lì)最大勵(lì)磁電壓為955 V，最大勵(lì)磁電流1 077 A，符合動(dòng)作要求。由發(fā)電機(jī)空載特性曲線可知，空載100%UGN，轉(zhuǎn)子電壓EFZ=165 V、轉(zhuǎn)子電流IFZ=1 043 A，在此工況附近停機(jī)，勵(lì)磁動(dòng)作最平緩，對(duì)轉(zhuǎn)子影響最小。

4 事件處理

原停機(jī)流程為監(jiān)控接收到停機(jī)令后，首先判斷導(dǎo)葉在空載以下位置或有功P_0＜10MW、-9 Mvar＜無(wú)功Q_0＜9 Mvar、導(dǎo)葉開(kāi)度K_0＜18%條件滿足后，監(jiān)控下令跳發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)，檢測(cè)發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)確已跳開(kāi)后監(jiān)控下令退勵(lì)磁。為消除無(wú)功較大直接停機(jī)的影響，建議在監(jiān)控接收到停機(jī)令后判斷導(dǎo)葉在空載以下位置條件基礎(chǔ)上增加-10 Mvar＜無(wú)功Q_0＜10 Mvar 或-10 Mvar＜百抄表無(wú)功Q_1＜10 Mvar，此工況下停機(jī)勵(lì)磁動(dòng)作相對(duì)平穩(wěn)，對(duì)轉(zhuǎn)子影響較小。

現(xiàn)正常停機(jī)流程集控手動(dòng)減負(fù)荷將導(dǎo)葉關(guān)至空載以下位置，將無(wú)功調(diào)整為-10 Mvar＜無(wú)功Q_0＜10 Mvar 范圍再下發(fā)停機(jī)令，或下發(fā)停機(jī)令，監(jiān)控程序?qū)⒆詣?dòng)調(diào)節(jié)至導(dǎo)葉空載以下及-10 Mvar＜無(wú)功Q_0＜10 MVar 范圍（監(jiān)控接收到停機(jī)令會(huì)自動(dòng)減負(fù)荷至零，無(wú)功調(diào)整至零，但跳發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)條件滿足將中斷調(diào)節(jié)過(guò)程）。具體程序見(jiàn)圖3。

圖3 修改后停機(jī)程序

5 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)五強(qiáng)溪電廠3 號(hào)機(jī)停機(jī)過(guò)程中程序的優(yōu)化，解決了停機(jī)過(guò)程轉(zhuǎn)子電壓過(guò)高的問(wèn)題，恢復(fù)了機(jī)組正常運(yùn)行，并對(duì)其他機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行起到借鑒作用。本文的思想方法對(duì)自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)的停機(jī)過(guò)程轉(zhuǎn)子電壓過(guò)高現(xiàn)象的處理具有普遍的啟示和借鑒意義。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳錫芳．水輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)運(yùn)行監(jiān)測(cè)與維修[M]．北京：中國(guó)水利水電出版社，2008．