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發(fā)電機(jī)低轉(zhuǎn)速過勵磁事故分析

文檔作者：賀長宏文檔來源：安康水力發(fā)電廠		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2021年08月13日
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發(fā)電機(jī)低轉(zhuǎn)速過勵磁事故分析
) f 2 。
安康水力發(fā)電廠(安康725000) I 、／
文摘本文對兩次發(fā)電機(jī)帶電壓單機(jī)空轉(zhuǎn)時發(fā)生的低轉(zhuǎn)速事故進(jìn)行T分析。分析
發(fā)現(xiàn)低轉(zhuǎn)造事段引起的發(fā)電機(jī)勵磁過流和主變壓器激磁電流異常增大對發(fā)電機(jī)變壓
器組可能造成損壞。本文對電廠運(yùn)行實(shí)踐中防止類似事故發(fā)生和一旦發(fā)生后的判斷
處理有借鑒作用。
主題詞暈業(yè) 艟堡髓齲 分析
分類號TM312
水輪發(fā)電機(jī)帶電壓單機(jī)空轉(zhuǎn)時，由
于人為誤操作將水輪機(jī)導(dǎo)葉全關(guān)，引起
機(jī)組轉(zhuǎn)速下降的事故并不多見。而這一
事故先后在龍羊峽電廠和安康電廠兩次
發(fā)生，所引出的事故現(xiàn)象和保護(hù)動作情
況耐人尋味，很值得分析。
1 機(jī)組概況
龍羊峽電廠和安康電廠的水輪發(fā)電
機(jī)組．均為東方電機(jī)廠生產(chǎn)的半傘式機(jī)
組 發(fā)電機(jī)窖量分別為320MW 和
200MW，型號為SF320— 48／12800一G
型和SF200-s6／12800型，屬同一類型
號。
母線
圈1 按線示意圖
主變壓器均為西安變壓器廠生產(chǎn)的
SSP一360000／ 330 型和SSP 一
收稿日期； 1992年8月1日
240000／300變壓器，也屬同～ 型號。
發(fā)電機(jī)變壓器組(以下簡稱發(fā)變組)
均采用一機(jī)一變的單元式接線方式(圖
1示)。
發(fā)電機(jī)的勵磁方式差異較大。龍羊
峽發(fā)電機(jī)采用自并勵靜止可控硅勱磁方
式(圖2所示)。發(fā)電機(jī)的勵磁電流由機(jī)
端并聯(lián)勵磁變提供的陽撅電壓經(jīng)可控硅
整流獲得。自動勵磁調(diào)節(jié)器(AVR)按發(fā)
電機(jī)端電壓與額定電壓的偏差調(diào)節(jié)勵磁
電流。
發(fā)電機(jī) 圭變
圖2 發(fā)電機(jī)變壓器單元結(jié)線
V
安康發(fā)電機(jī)采用它勵可控硅勵磁方
式。由與機(jī)組同軸的交流勵磁機(jī)提供的
陽極電壓．經(jīng)兩套可控硅整流后分別供
給發(fā)電機(jī)的勵磁電流和交流勵磁規(guī)本身
的勵磁電流(圖3所示)。
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第4期 賀長宏 發(fā)電機(jī)低轉(zhuǎn)速過勵磁事故分析 55
圖3 音康水電站機(jī)組威磁方式
2 事故現(xiàn)象
1988年12月2O日，龍羊峽2號機(jī)
停機(jī)操作中，機(jī)組出I=l開關(guān)解列機(jī)組帶
電壓單機(jī)空轉(zhuǎn)時，由于出現(xiàn)誤操作將水
輪機(jī)導(dǎo)水葉由空載開度關(guān)閉到零，引起
機(jī)組轉(zhuǎn)速下降。隨之．機(jī)組電磁聲異常增
大。無功功率表由0上升到250Mvar，發(fā)
電機(jī)轉(zhuǎn)子電流表由空載時的0．87kA上
升到滿刻度(2kA)．勵磁電壓上升到
750V(額定時僅為475V)，發(fā)電機(jī)定子
電壓由15．4kV下降到lI_2kV。保護(hù)裝
置打出了“轉(zhuǎn)子過負(fù)荷”和 負(fù)序過負(fù)荷”
信號，手動事故按鈕停機(jī)滅磁。
1991年2月25日。安康4號機(jī)組
停機(jī)操作中．又因誤操作發(fā)生了同樣的
低轉(zhuǎn)速事故。發(fā)電機(jī)和交流勵磁機(jī)的電
磁聲異常增大，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流表超出
滿刻度(空載時0．9kA，滿刻度為2kA)，
很快引起發(fā)變組縱差保護(hù)(接線如圖3)
動作．事故停機(jī)。
兩次低轉(zhuǎn)速事故的現(xiàn)象可概括為兩
部分：發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子過電流}無功出現(xiàn)．差
動保護(hù)動作，出現(xiàn)負(fù)序。
3 分析
3。l 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子過電流的分析
發(fā)變組帶電壓單帆空轉(zhuǎn)時，水輪機(jī)
以較小的導(dǎo)葉開度(空載開度)所輸入的
原動力拖動整個機(jī)組 頡定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，
機(jī)端電壓額定，轉(zhuǎn)子電流也是較小的空
載電流。
此時。關(guān)閉水輪機(jī)導(dǎo)水葉。原動力消
失，機(jī)組轉(zhuǎn)速下降琦々速下降將引起發(fā)電
機(jī)機(jī)端電壓下降 自動勵磁調(diào)節(jié)器
(AVR)感受到機(jī)端電壓下降后將通過增
加勵磁電流力圖維持機(jī)端電壓。轉(zhuǎn)速下
降愈多，勵磁電流將愈大。以致引起發(fā)電
機(jī)轉(zhuǎn)子過電流或過負(fù)荷。
3．2 無功功率出現(xiàn)，差動保護(hù)動作分析
發(fā)變組出口開關(guān)已經(jīng)解列．機(jī)組空
載運(yùn)行為什么還會出現(xiàn)無功?停機(jī)檢查
發(fā)變組設(shè)備均正常，為何會出現(xiàn)縱差保
護(hù)動作呢?這是與機(jī)組轉(zhuǎn)速下降低有關(guān)
因?yàn)檗D(zhuǎn)速下降除引起上述機(jī)端電壓下降
外，電壓的頻率也要降低。
圖4為變壓器空載運(yùn)行的等效電路
圖和矢量圖。原方接發(fā)電機(jī)電壓 ，副方
開路，這時原付方電壓均為額定值 但因
副方開路．負(fù)載電流為零，變壓器的輸出
功率也為零。原繞組中僅有微小的空載
電流(也稱激磁電流)。這一電流的無功
分量為 ，它的有功分量為 (鐵芯損
耗)。此時的變壓器便好像一臺含有鐵蒼
的阻抗線圈接在發(fā)電機(jī)端。
等效電路 矢量圈
圖4 空載變壓器等效電器及矢量圖
機(jī)組轉(zhuǎn)速下降時，機(jī)端電壓的降低，自動
勵磁調(diào)節(jié)器增大勵磁電流力圖把機(jī)端電
壓維持在比額定電壓稍低的水平，即加
田
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56 陜西水力發(fā)電 第8卷
在變壓器原邊的電壓降低不多。
而轉(zhuǎn)速下降。引起電壓頻率(，)也
下降。變壓器激磁繞組中的漏抗(X )和
電抗(X 將隨頻率降低而減小，激磁電
流的無功分量 將隨x 、蓋z降低而增
大。激磁電流增大使主變產(chǎn)生過激磁現(xiàn)
象。j 是無功電流，因此事故現(xiàn)象中可
看到無功功率的出現(xiàn)。
發(fā)變組縱差保護(hù)(圖I示)的兩組
CT分別接在發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)引出線和主
變高壓側(cè)。主變高壓側(cè)沒有電流，而中性
點(diǎn)引線上的CT將測量到激磁電流j。的
增大，差動保護(hù)裝置中將出現(xiàn)差電流，差
電流大到一定程度時差動保護(hù)就會動
作，事故停機(jī)。
故此，縱差保護(hù)動作和無功功率出
現(xiàn)都是頻率降低后引起主變激磁電流增
大的反映。
再根據(jù)事故現(xiàn)象進(jìn)行定時分析：
龍羊峽電廠機(jī)組低轉(zhuǎn)速事故中無功
功率達(dá)到了250Mvar，此時機(jī)端電壓仍
然按額定電壓15．75kV計算(實(shí)際上要
小一些)，主變壓器低壓側(cè)激磁電流至少
猛增到：
一 一
3U 3U
250M yak"
了x 15．75kV
： 91 64(A)
已達(dá)到發(fā)電機(jī)額定電流(13406A)的
68 。
同樣，從安康機(jī)組低轉(zhuǎn)速事故引起
縱差保護(hù)動作。從縱差保護(hù)的定值推算，
縱差保護(hù)動作時主變低喇激磁電流已達(dá)
到了3600A 以上，已達(dá)到發(fā)電機(jī)額定電
流9560A的37、7 以上。
3．3 出現(xiàn)負(fù)序的分析
低轉(zhuǎn)速時，電壓頻率降低引起主變
壓器低壓側(cè)繞組激磁電 猛增，而這一
電流也是一個低頻電流。低頻電流容易
引起電流互感器飽合，其二次回路將產(chǎn)
生不平衡電流。在負(fù)序保護(hù)裝置中就會
反應(yīng)出負(fù)序電流使保護(hù)裝置動作。
4 結(jié)語
從以上分析可以看出。帶電壓空轉(zhuǎn)
機(jī)組轉(zhuǎn)速下降時： 1．要引起發(fā)電機(jī)勵
磁系統(tǒng)(包括轉(zhuǎn)予繞組)過電流； 2．引
起主變壓器激磁電流猛增； 3．電流互
感器產(chǎn)生飽合，使二次回路出現(xiàn)負(fù)序。
上述兩次事故后，機(jī)組及其它電氣
設(shè)備均正常。但不難看出，若事故持續(xù)時
間較長不能消除時，有可能使發(fā)電機(jī)和
變壓器損壞。尤其是主變壓器，二次側(cè)在
開路，負(fù)荷電流為零，而激磁電流猛增，
在變壓器鐵芯中將產(chǎn)生很大的磁通，又
沒有負(fù)荷電流產(chǎn)生的磁通米與其相抵
消，鐵芯中的磁通密度彳R大，將產(chǎn)生很嚴(yán)
重的磁飽合現(xiàn)象，引起鐵芯過熱甚至損
壞。對于大型變壓器，為節(jié)省材料，縮小
體積，本身的設(shè)計磁通密度就根高(一般
變壓器設(shè)計磁通密度為8000高斯，而大
型變壓器為13000高斯)。工作點(diǎn)已接近
于磁滯曲線的拐點(diǎn)，在低轉(zhuǎn)速事故時就
更容易出現(xiàn)飽合。
作為電廠運(yùn)行人鼠，單臺機(jī)組帶電
壓空轉(zhuǎn)時，一定要謹(jǐn)慎操作，密切監(jiān)視，
嚴(yán)防低轉(zhuǎn)速的事故發(fā)生。另一方面，低轉(zhuǎn)
速事故一旦發(fā)生，據(jù)以上分析，有可能引
起勵磁系統(tǒng)過電流保護(hù)發(fā)電機(jī)定子過電
流保護(hù)，發(fā)電機(jī)縱差等保護(hù)動作。但無論
保護(hù)能否動作，作為帶電壓空轉(zhuǎn)機(jī)組出
現(xiàn)無功功率，勵磁電流和勵磁電壓增大，
發(fā)電機(jī)出現(xiàn)異常電磁聲等再加上轉(zhuǎn)速降
(下轉(zhuǎn)第57頁)
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勉縣板凳堰水電站1、2號機(jī)組增容改造的效益
勉縣板凳堰水電站
】963年10月，原水電部西北勘測設(shè)計院在《板凳堰水電站擴(kuò)大設(shè)計說明書》中，將1～2
機(jī)組裝機(jī)容量確定為2x 630kW。而1966年7月原電站籌建處在《板凳堰水電站二期工程修
正概算》中，提出“為了擴(kuò)大容量，充分發(fā)揮水輪機(jī)出力，發(fā)電艦擬改為800kW，限于當(dāng)時國內(nèi)
水輪制造廠家供貨水平，只得選購廣東韶關(guān)水輪機(jī)廠的oJ—w一92／1 X 1 1型機(jī)組，裝機(jī)容量
擴(kuò)改為2X800kW，設(shè)計水頭184~200m，而電站最大工作水頭僅為160rn，故機(jī)組運(yùn)行l(wèi)4年
來，受水輪機(jī)非設(shè)計工況下出力不足影響，效率逐年下降，造成“小馬拉大車 的設(shè)備容量嚴(yán)重
積壓的被動局面。1992年4月觀測，1 機(jī)最大出力560kW，2 機(jī)最大出力600kW。14年來我
們曾提出多種方案進(jìn)行技改論證和試驗(yàn)，均未如愿，眼看著豐水期“白煤 付之東流，令人疾首1
1992從4月5日起用了7個晝夜，對機(jī)組出力不足的原因進(jìn)行了系統(tǒng)而詳盡的調(diào)查和分
析計算，作出了初步設(shè)計，并利用3個月的時間，提出了切實(shí)可行的技術(shù)設(shè)計與實(shí)施方案．于8
月28日至9月1日利用干旱少雨的良機(jī)，進(jìn)行了數(shù)個晝夜的試驗(yàn)和篪工：1”機(jī)組單機(jī)最大出
力由原來的560kW．提高到660kW ，2 機(jī)試驗(yàn)結(jié)果與之相仿，取得較大的綜合效益。
社畚最苴：在當(dāng)前水電基建投資緊缺的情況下，具有挖潛可能性的水電站，不向國家“等、
靠、要 而是以科技為第一生產(chǎn)力，對現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行全面的增容改造，充分開發(fā)水力資源多發(fā)
電，不僅具有重要的現(xiàn)實(shí)意艾．而且將會產(chǎn)生較大的社會影響。
技術(shù)效益：眾所周知，因多種因素相互制約，水電站技改的難度比設(shè)計新電站難得多，我站
技改將為我地區(qū)，我省乃至我國類似電站的技改提供成功的經(jīng)驗(yàn)。
經(jīng)濟(jì)鼓益：用普通鋼件代替昂貴的不銹鋼件作為試件，用法蘭管代替電動閘閥進(jìn)行試驗(yàn)，
投資芥到2000元。節(jié)支1．5萬元。利用洪水后電站動力渠道，前池清淤時間進(jìn)行試驗(yàn)，節(jié)省專
門停電電費(fèi)2000元，按電站l0年裝機(jī)平均利用小時敬3741h和小水電動態(tài)投資0．5萬元／
kW 計算，1～2 機(jī)組出力凈增140kW，創(chuàng)兩筆經(jīng)濟(jì)效益：
M。一0．5萬元／kWX1 40=70萬元，相當(dāng)于為國家節(jié)省70萬元投資，新建1座140kW 的
水電站，而不增加運(yùn)行管理2萬元／a的開支。
=0．12元X l 40X 374l一6．28萬元，今后10年將創(chuàng)造發(fā)電效益62．8萬元。
我站將以此為起點(diǎn)，在1993年底之前，把我站總裝機(jī)容量再提高lOOkW． 一
(上接56頁)
低，運(yùn)行人員應(yīng)迅速手動滅磁，切除事故。 復(fù)轉(zhuǎn)速，升壓正常后并阿發(fā)電，以縮短事故處
若保護(hù)很快動作或人為手動滅磁速度較 理時間。
快，事故后又遇電網(wǎng)緊張急需開機(jī)時，筆者認(rèn) 本文中的分析或觀點(diǎn)如有不妥·還請電
為無需對發(fā)電機(jī)和變壓器搖絕緣．可直接恢 廠從事運(yùn)行工作的同行們提出批評和指正。

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