鱼梁发电机失磁保护跳闸事故分析与应对措施

黄雨文

摘 要：广西鱼梁电厂总共安装了3台灯泡贯流式水轮发电机组，单机容量为21740kVA。其励磁系统采用自并激静止可控硅励磁方式，采用PID+PSS调节控制模式，由励磁调节器、人机界面、对外接口、可控硅静态励磁装置、灭磁装置及过压保护等组成。励磁调节器使用的是武汉联华电气有限责任公司开发研制的微机励磁调节器LH-WLT02微机励磁调节器。文章叙述了广西鱼梁电厂一起发电机失磁保护动作事故，分析了失磁保护动作的原因，制定了相应的应对措施。

关键词：发电机；失磁保护；跳闸事故

1 事故经过

2014年2月6日，运行当班值长正在调整那吉电厂2#机组出力由8MW增至20MW，突然听到电厂一阵轰鸣声，发现鱼梁3#机组出口断路器已跳开，报警窗口有转子低电压输出动作、失磁保护报警动作等一列信号，约几秒钟后机组转为空转态。

经检查发现现地灭磁开关、出口开关已在分位，励磁系统及机组均无异常现象，励磁系统设备外观完好，励磁调节器报警和故障记录有“脉冲丢失”报警信息，其他正常。

2 事故检查

报警窗口主要有如下报警信息：

09：23：48 3#机组过励限制动作

09：23：46 3#机组主保护RCS985RS保护装置-转子低电压输出动作

09：25：38 3#机组励磁电流越上限动作

09：29：21 3#机组后备保护装置报警动作

09：29：21 3#机组失磁动作

09：29：22 3#机组后备保护跳闸动作

09：29：22 3#机组电气事故保护停机动作

09：29：22 3#机组出口断路器分闸位置动作

09：29：22 3#机组灭磁开关分闸位置动作

09：29：24 3#机组出口开关位置动作

09：29：24 3#机组磁场开关FMK位置动作

09：29：25 3#机组115%Ne一级过速停机动作

09：29：25 3#机组10%额定电压动作

故障前后参数如下：

3 事故原因分析

发电机失磁保护跳闸原因大致可分为以下几种：

（1）发电机励磁回路开路，励磁绕组断线。如：灭磁开关误跳闸，励磁回路开路；可控硅励磁装置中部份元件老化、开焊、积灰导致可控硅击穿后引起发电机失磁等。

（2）励磁绕组长期发热，绝缘损坏接地短路。

（3）系统振荡，功率发生严重不平衡，系统吸收大量无功负荷，静稳定遭破坏，发电机组抢无功，系统电压突变、振荡，引起发电机失磁保护跳闸。

从可能原因分析中，逐步排除了第一、第二点，结合现场生产数据进行以下分析。

3.1 从录波图及相关数据得知，在9时23分时系统电压有突变，从118.4kV升高至120kV左右，导致10.5kV母线电压从10.6kV升高至11.1kV，机端电压为了跟踪系统电压以保持一致，励磁系统自动增加励磁电压电流来提升机端电压，这个过程持续6分钟左右。励磁电流被增加至越上限定值附近来回变化，所以“3#机组励磁电流越上限动作”、“3#机组励磁电流越上限复归”报警信号才多次反复报警。

3.2 从录波图及相关数据得知，在9时23分时励磁电压值一直保持在170V左右，没有突然降低现象。而转子低电压定值为85V，所以有“转子低电压输出动作”（保护装置）报警信号，受干扰误动。

3.3 9时29分19分，系统电压突变，到21秒时，系统电压从10.4kV下降到8.7kV。分析认为此时保护装置根据机端电压电流计算得出电阻值和功角已进入失磁异步圆动作范围，所以失磁保护动作，上位机有“3#机组后备保护装置报警动作”、“3#机组失磁动作”、“3#机组后备保护跳闸动作”报警信号。分析计算如下：

已知机端电压8712V，机端电流367.33A。

则Z=-（0.5Xd*'）*（Uf/（√3*If））*（Nct/Npt）

=-（0.5*0.3821）*（8712/（√3*367.33））*（2000/100）

=-52.35Ω

Xd*'=0.3821为发电机暂态电抗标幺值，取不饱和值；

而机组的失磁定值如下：

3#发电机RCS-985SS发电机失磁保护定值单

根据失磁动作方程Arg（Z+jXB）/（Z-jXA）

=Arg（-52.35+j（-117.57））/（-52.35-j（-19.3））

=Arg（-52.35-j117.57）/（-52.35+j19.3）

=90°

所以，阻抗值和功角均已进入动作范围，失磁保护动作。

4 事故危害、分析结论及应对措施

事故的危害：发电机失磁后，向电网送出的有功功率大大减少，同时从电网中吸收大量无功功率，因此，造成电网电压下降。当电压降低过大时，会使系统失去稳定，引起电网振荡电压崩溃而导致大面积停电事故。而对发电机本身而言，将使发电机端部铁芯温度过高而损坏，轴瓦振动过大损坏。

事故分析结论：由于系统电压有波动，且突变量较大，加上励磁系统稳定性能不足，促使机组机端电压电流进入失磁范围，导致机组失磁保护动作。

事故机组检查恢复应对措施：

（1）首先检查励磁系统各个设备，外观无异常，未发现有烧焦烧黑现象，测量快熔无熔断，励磁系统完好。

（2）其次进入发电机内部检查，经检查发电机定子转子线圈、间隙等发现无异常。励磁电缆、集电环及转子引线无异常。

（3）再次对发电机定子转子进行绝缘测量，测得电阻值为定子吸收比150/20MΩ，转子绝缘5MΩ，定转子绝缘合格。继续对发电机转子进行交流阻抗测量，测得转子交流阻抗值为128V/1A=128Ω，比投运前测得的交流阻抗值稍大，合格。

（4）最后将机组开机至空转，然后进行零起升压，将机端电压慢慢升至额定值，观察机组和励磁系统正常，两个励磁通道切换亦正常。向中调申请机组并网，3号机组正式恢复运行。

参考文献

[1]刘取.电力系统稳定性及发电机励磁控制[M].中国电力出版，2007（3）.

[2]吕卓文，李宝昌，程建辉.发电机跳闸原因分析[J].机电工程技术，2007（9）：68.