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一起勵(lì)磁系統(tǒng)故障引起的發(fā)電機(jī)組跳閘事故分析

文檔作者：徐鵬煜陳強(qiáng) 文檔來源：河南電力試驗(yàn)研究院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年08月13日
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第13卷(2011年第5期) 電力安全技術(shù) S
一起勵(lì)磁系統(tǒng)故障引起的發(fā)電機(jī)組
跳閘事故分析
徐鵬煜，
(河南電力試驗(yàn)研究院，
陳強(qiáng)
河南鄭州450052)
[摘要]現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，自動勵(lì)磁系統(tǒng)是保障發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行和電網(wǎng)穩(wěn)定的重要條件。介
紹了一起因勵(lì)磁系統(tǒng)故障造成的發(fā)電機(jī)組跳閘事故，根據(jù)保護(hù)動作情況和錄波數(shù)據(jù)，通過全面檢查、
現(xiàn)場試驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析得出事故發(fā)生的原因和過程，提出了合理的建議，說明了勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)制造、
功能設(shè)計(jì)和日常運(yùn)行維護(hù)的重要性。
[關(guān)鍵詞]勵(lì)磁系統(tǒng)；過勵(lì)限制；低勵(lì)限制；進(jìn)相運(yùn)行；PT斷線
在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，提高和維護(hù)同步發(fā)電機(jī)運(yùn)
行的穩(wěn)定性，是保證電力系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的基
本條件之一。在眾多改善同步發(fā)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的措
施中，運(yùn)用現(xiàn)代控制理論，提高勵(lì)磁系統(tǒng)的控制性
能是公認(rèn)的經(jīng)濟(jì)有效的手段之一。因此，對勵(lì)磁調(diào)
節(jié)器來說，功能先進(jìn)且全面的設(shè)計(jì)原理和優(yōu)秀的設(shè)
備制造工藝是保證機(jī)組安全可靠運(yùn)行的必備條件。
現(xiàn)通過對某2×210 MW 電廠發(fā)生的一起發(fā)
電機(jī)跳閘事故的分析，來說明勵(lì)磁系統(tǒng)對發(fā)電機(jī)
組安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要作用。
1 事故過程
某日08：45， 電廠1號發(fā)電機(jī)AVC裝置正在
進(jìn)行增磁操作過程中，轉(zhuǎn)子電壓突然大幅降低，轉(zhuǎn)
子電流隨之減小，無功降低，使發(fā)電機(jī)運(yùn)行至進(jìn)相
狀態(tài)；約2 S后，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器突變?yōu)閺?qiáng)勵(lì)狀態(tài)；約
5 S后，發(fā)變組“勵(lì)磁繞組過負(fù)荷”保護(hù)動作，將
機(jī)組解列滅磁，“過激磁反時(shí)限”、“主變差動”、“高
廠變差動”、“勵(lì)磁變差動”同時(shí)動作，調(diào)節(jié)器報(bào)“欠
勵(lì)限制”動作信號。
1號發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)為機(jī)端自并勵(lì)方式，采用
國內(nèi)某廠家生產(chǎn)的HwLT 4型微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，
事故發(fā)生時(shí)調(diào)節(jié)器運(yùn)行在2通道。由于故障時(shí)發(fā)變
組故障錄波器未啟動，各電氣量的變化情況只能從
DCS和發(fā)變組保護(hù)獲得。
故障前， 發(fā)電機(jī)有功llO MW， 無功86．4
Mvar，定子電壓l5．76 kV，轉(zhuǎn)子電壓274 V，轉(zhuǎn)
子電流1 311 A。
故障過程中，發(fā)電機(jī)無功最低一73．6 Mvar，
最高165 Mvar；定子電壓最低13．53 kV， 最高
23．47 kV；發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓最低40 V；轉(zhuǎn)子電流
最低369 A，最高5 208 A。
2 設(shè)備試驗(yàn)檢查
2．1 定子電壓回路檢查
在調(diào)節(jié)器屏將2路PT輸入端子排并聯(lián)，外接
三相48 V電壓，1通道正常顯示0．47 V；2通道
顯示0．266V，是正常值的57％左右。
在調(diào)節(jié)器測量板卡上測量電壓信號有短時(shí)中斷
現(xiàn)象，檢查發(fā)現(xiàn)電壓回路相應(yīng)的插口有松動，重新
緊固后，兩通道電壓顯示均正常。
2。2 轉(zhuǎn)子電流回路檢查
轉(zhuǎn)子電流是通過勵(lì)磁變低壓側(cè)CT二次交流電
流進(jìn)行問接測量的，對應(yīng)額定轉(zhuǎn)子電流1768 A時(shí)，
測量電流值應(yīng)為2．89 A。
實(shí)際在此CT二次側(cè)加入電流，調(diào)節(jié)器顯示的
數(shù)據(jù)見表1。由表1可見轉(zhuǎn)子電流較大時(shí)顯示值失
真，線性度非常不好。
進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)，此測量回路電阻線性度有問
題，更換電阻后再次檢查，調(diào)節(jié)器顯示正常。
一9一
S 電力安全技術(shù) 第13卷(2011年第5期)
表1 調(diào)節(jié)器測量到的轉(zhuǎn)子電流
2．3 PT斷線功能檢查
調(diào)節(jié)器2組PT回路分別外加電壓100V。
自動方式下解除運(yùn)行通道PT回路的一相電
壓，調(diào)節(jié)器報(bào)“機(jī)端電壓測量”報(bào)警信號；再解除
一相，調(diào)節(jié)器由自動運(yùn)行方式轉(zhuǎn)為手動運(yùn)行方式。
先后解除2路PT回路各一相電壓，調(diào)節(jié)器亦
由自動運(yùn)行方式轉(zhuǎn)為手動運(yùn)行方式。
采取降單相電壓的方式，在降至4V左右時(shí)(對
應(yīng)調(diào)節(jié)器顯示的發(fā)電機(jī)電壓為11．22 kV)調(diào)節(jié)器報(bào)
“機(jī)端電壓測量”報(bào)警信號。
2通道自動方式運(yùn)行時(shí)，突降PT回路單相電
壓10％，3O％，50％，70％，轉(zhuǎn)子電流均明顯上升．
突降PT回路單相電壓80％以上，轉(zhuǎn)子電流無波動，
報(bào)“機(jī)端電壓測量故障”。
從以上PT回路試驗(yàn)情況來看，在PT回路發(fā)
生不完全斷線或電壓測量回路出現(xiàn)異常時(shí)調(diào)節(jié)器不
能可靠閉鎖強(qiáng)勵(lì)功能。
2．4 干擾試驗(yàn)
用干擾源(對講機(jī)等)接近調(diào)節(jié)器，其整流波
形、顯示數(shù)據(jù)均正常。
2。5 調(diào)節(jié)器靜態(tài)試驗(yàn)
按調(diào)試大綱對調(diào)節(jié)器進(jìn)行了全面檢查和試驗(yàn)，
靜態(tài)試驗(yàn)中低勵(lì)限制動作正常。
2．6 調(diào)節(jié)器動態(tài)試驗(yàn)
靜態(tài)試驗(yàn)全部完成并檢查無誤后，啟動機(jī)組進(jìn)
行勵(lì)磁調(diào)節(jié)器動態(tài)試驗(yàn)。發(fā)電機(jī)空載額定電壓時(shí)調(diào)
節(jié)器運(yùn)行通道PT斷線試驗(yàn)錄波如圖1所示。圖中
為發(fā)電機(jī)電壓， 為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓。
一二
～
{
．
．
l
‘ ’。 } r f
20 0 25 0 30 0 35 0 40 0 45 0
圖1 發(fā)電機(jī)空載PT斷線試驗(yàn)錄波圖
一 一
前半段為運(yùn)行通道PT單相斷線試驗(yàn)的波形，
顯示發(fā)電機(jī)電壓、轉(zhuǎn)子電壓均有明顯振蕩，在發(fā)電
機(jī)電壓下降至0．92倍額定值后緩隉回升。
后半段為模擬運(yùn)行通道PT單相接觸不良的試
驗(yàn)波形，顯示轉(zhuǎn)子電壓多次出現(xiàn)先強(qiáng)勵(lì)再減磁的情
況，幅值最高為2．3倍、最低為1．6倍額定值，
發(fā)電機(jī)電壓最低到0．85倍額定值。
試驗(yàn)表明，該調(diào)節(jié)器PT斷線功能存在較大隱
患，不能有效閉鎖電壓測量回路的接觸不良狀態(tài)，
亟待改善。
3 事故分析
3．1 發(fā)電機(jī)突然進(jìn)相的原因
發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，若轉(zhuǎn)子電流減小到一定程
度，會使機(jī)組進(jìn)入進(jìn)相運(yùn)行狀態(tài)。造成轉(zhuǎn)子電流減
小的原因大致有：
(1)勵(lì)磁系統(tǒng)主回路開路或短路，造成發(fā)電機(jī)
失磁。本次事故未出現(xiàn)此情況。
(2)手動減磁或外部進(jìn)行了勵(lì)磁退出操作。本
次事故前AVC正在進(jìn)行增磁操作，且正常的減磁
操作步長較短，無功變化很??；勵(lì)磁退出操作伴隨
著跳滅磁開關(guān)，且在發(fā)電機(jī)并網(wǎng)時(shí)被閉鎖。本次事
故未出現(xiàn)此2種情況。
(3)機(jī)端電壓突然升高。從DCS的記錄曲線
來看，事故前機(jī)端電壓是正常的。但試驗(yàn)已證明調(diào)節(jié)
器電壓測量回路存在的異常會造成電壓測量值偏低。
(4)勵(lì)磁系統(tǒng)同步信號回路或脈沖形成及放大
回路存在問題，造成脈沖跳變或丟失。調(diào)節(jié)器靜態(tài)
檢查中脈沖回路正常，事故時(shí)也未發(fā)出脈沖丟失的
報(bào)警信號。
(5)在靜態(tài)假負(fù)載狀態(tài)和發(fā)電機(jī)空載額定電壓
時(shí)進(jìn)行PT斷線試驗(yàn)，當(dāng)一相PT回路或測量板電
壓回路插頭出現(xiàn)接觸不良時(shí)，調(diào)節(jié)器輸出波形出現(xiàn)
先強(qiáng)勵(lì)再減磁的波動隋況。
綜合來看，事故時(shí)機(jī)組的進(jìn)相現(xiàn)象應(yīng)該是第(5)
種原因造成的。
3．2 進(jìn)相時(shí)低勵(lì)限制動作但未能限制進(jìn)相的原因
事故前發(fā)電機(jī)有功為ll0 MW，對應(yīng)低勵(lì)限制
定值為無功進(jìn)相1 7 Mvar。
事故中低勵(lì)限制雖已報(bào)動作信號，但發(fā)電機(jī)進(jìn)
相無功達(dá)到73 Mvar，而沒被限制在17 Mvar。分
第l3卷(2011年第5期) 電力安全技術(shù)
析認(rèn)為，事故發(fā)生時(shí)調(diào)節(jié)器電壓測量回路因接觸不良
而造成無功測量不正常，亦即發(fā)電機(jī)實(shí)際進(jìn)相73
Mvar時(shí)，調(diào)節(jié)器的無功測量值為進(jìn)相1 7 Mvar。
3．3 發(fā)電機(jī)的強(qiáng)勵(lì)原因分析
從電壓回路檢查情況可知，事故時(shí)運(yùn)行的2通
道存在測量電壓偏低情況。機(jī)組失磁進(jìn)相后，機(jī)端
電壓降至13．53 kV，達(dá)到強(qiáng)勵(lì)條件，機(jī)端電壓最
高上升到23．47 kV，此時(shí)調(diào)節(jié)器運(yùn)行的2通道測
量電壓值只相當(dāng)于13．37 kV，故調(diào)節(jié)器仍應(yīng)處于
強(qiáng)勵(lì)狀態(tài)而不會返回。
3．4 強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)過高而強(qiáng)勵(lì)限制未動的原因
該調(diào)節(jié)器的轉(zhuǎn)子電流的強(qiáng)勵(lì)限制定值為2倍額
定轉(zhuǎn)子電流，即轉(zhuǎn)子電流不應(yīng)超過3 536 A。
靜態(tài)試驗(yàn)中，當(dāng)調(diào)節(jié)器顯示的轉(zhuǎn)子電流達(dá)到該
定值時(shí)，轉(zhuǎn)子電流限制可以正常動作。但通過之前
的檢查可知，由于采樣回路失真，此時(shí)CT二次電
流已經(jīng)達(dá)到8．5 A，相當(dāng)于直流側(cè)為5 208 A；而
當(dāng)輸入相當(dāng)于2倍額定轉(zhuǎn)子電流的二次電流5．8 A
時(shí)，調(diào)節(jié)器顯示的轉(zhuǎn)子電流只有1 850 A，遠(yuǎn)低于
限制器動作定值，因此事故發(fā)生時(shí)調(diào)節(jié)器因采樣偏
差導(dǎo)致強(qiáng)勵(lì)限制并未動作。
更換測量回路電阻后，調(diào)節(jié)器采樣正常。
3．5 綜合分析
根據(jù)前面幾項(xiàng)分析可初步認(rèn)定事故發(fā)生過程：
機(jī)組勵(lì)磁調(diào)節(jié)器運(yùn)行在2通道，因調(diào)節(jié)器PT斷線，
不能有效閉鎖PT回路出現(xiàn)的接觸不良，造成發(fā)電
機(jī)進(jìn)相運(yùn)行； 由于2通道電壓測量回路有插口松
動，電壓測量值為正常值的57％，導(dǎo)致無功計(jì)算
偏小，低勵(lì)限制未能阻止發(fā)電機(jī)深度進(jìn)相；發(fā)電機(jī)
進(jìn)相73 Mvar時(shí)，發(fā)電機(jī)實(shí)際電壓降至13．53 kV，
達(dá)到強(qiáng)勵(lì)條件，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器強(qiáng)勵(lì)運(yùn)行；由于勵(lì)磁調(diào)
節(jié)器轉(zhuǎn)子電流測量失真，轉(zhuǎn)子電流限制器未能限制
轉(zhuǎn)子電流的上升；強(qiáng)勵(lì)后，勵(lì)磁電流、發(fā)電機(jī)電壓
大幅升高，發(fā)變組“勵(lì)磁繞組過負(fù)荷”保護(hù)達(dá)到定
值后動作。
4 解決措施
(1)全面檢查處理并重新校準(zhǔn)轉(zhuǎn)子電流測量回
路，使測量及限制功能正常。
(2)對同步信號回路和脈沖形成及放大回路進(jìn)
行了詳細(xì)檢查，無接線松動、損壞、插接不良的情況。
S
(3)從PT根部到調(diào)節(jié)器屏內(nèi)電壓測量板，對
電壓回路進(jìn)行了詳細(xì)檢查，排除接觸不良、電纜損
壞、寄生回路等情況，絕緣檢查合格，PT二次電
壓波形及幅值光滑、正確。
(4)按調(diào)試大綱要求對調(diào)節(jié)器進(jìn)行了全面檢查
和試驗(yàn)；按新調(diào)節(jié)器投運(yùn)試驗(yàn)要求完成各項(xiàng)動態(tài)試
驗(yàn)，試驗(yàn)合格。
(5)采取下列臨時(shí)措施，以防止發(fā)電機(jī)在機(jī)組
并網(wǎng)運(yùn)行中出現(xiàn)異常后緊急停機(jī)，使事故擴(kuò)大。
① 將強(qiáng)勵(lì)時(shí)間由20 S改為10 S。
② PT斷線功能有待廠家完善，在電壓回路出
現(xiàn)異常時(shí)應(yīng)可靠避免誤強(qiáng)勵(lì)。在PT斷線保護(hù)功能
完善以前，將發(fā)電機(jī)過電壓保護(hù)定值由目前的1．3
倍額定電壓、延時(shí)0．5 S出口跳機(jī)，改為1．2倍額
定電壓、延時(shí)0．15 S出口跳機(jī)，使事故時(shí)發(fā)電機(jī)能
盡快與系統(tǒng)解列，避免對系統(tǒng)穩(wěn)定造成不利影響。
③ 運(yùn)行維護(hù)人員應(yīng)加強(qiáng)對勵(lì)磁系統(tǒng)的巡視，
檢查調(diào)節(jié)器的測量顯示值及報(bào)警信號是否正常。
④ 在機(jī)組運(yùn)行出現(xiàn)異常的大幅波動時(shí)，運(yùn)行
人員應(yīng)盡快將機(jī)組解列。
5 結(jié)束語
本次事故暴露出的問題，如調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)子電流測
量值偏差嚴(yán)重，發(fā)變組故障錄波器不能正常工作等，
顯示設(shè)備運(yùn)行維護(hù)工作不到位。
本次事故前幾天，1號機(jī)已發(fā)生了PT異常情
況，卻在沒有完全查明原因的情況下維持機(jī)組運(yùn)行
且未采取任何措施，忽視了設(shè)備本身存在問題的可
能，表明事故預(yù)想工作不夠到位。
調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)缺陷是造成本次事故擴(kuò)大的主要
原因，建議聯(lián)系廠家盡快實(shí)現(xiàn)軟件升級，消除缺陷，
或更換為功能完善的產(chǎn)品。
具有同類型調(diào)節(jié)器的電廠應(yīng)從此次事故中吸取
教訓(xùn)，及時(shí)采取有效措施(如利用勵(lì)磁變過流的方
法抑制誤強(qiáng)勵(lì))，避免類似情況的發(fā)生。
參考文獻(xiàn)：
1李基成．現(xiàn)代同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用【M】． 北
京：中國電力出版社，2009．
2龍俊平． 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁誤強(qiáng)勵(lì)原因探討【JJ． 繼電器，
2006，34(19)：71～74． (收稿日期：2010 11 l5)
一9一

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