发电机励磁系统风机电源故障导致机组跳闸原因分析及预防措施

邓外哺

（广州粤能电力科技开发有限公司，广东广州　510080）



发电机励磁系统风机电源故障导致机组跳闸原因分析及预防措施

邓外哺

（广州粤能电力科技开发有限公司，广东广州510080）

摘要：对发电机励磁系统整流柜风机电源故障导致机组跳闸进行了深入分析，结合现场故障现象和试验数据，找到了故障原因，提出了解决方法和预防措施，为电力系统安全稳定运行提供依据。

关键词：励磁系统；风机电源；故障；机组跳闸

0　前言

发电机励磁系统在电力系统中发挥着非常重要的作用，它有着“电力系统稳定器”的称号：①可以根据电网的负荷变化调节励磁电流以维持机端电压给定值；②控制各并列运行各点机间的无功功率分配；③提高发电机并列运行的暂态和动态稳定性；④在发电机内部故障时进行灭磁，以减少故障损失；⑤提高继电保护的灵敏性；⑥改善电力系统的稳定性等。所以，励磁系统的稳定直接和电力系统的稳定相关。

随着电力系统的发展，发电机励磁系统的技术也得到了很大的提高，但是励磁系统的辅助设备也不能忽视，这些设备一旦发生故障，就有可能导致励磁系统的不正常运行。比如励磁系统整流柜的冷却风机，在励磁系统运行过程中起着励磁系统整流柜内部元件降温的作用。当励磁系统正常运行时，晶闸管功率大、发热快，这时主要靠冷却风机降温。当冷却风机停止工作时，励磁系统会报故障信号跳发电机。

1　发电机励磁系统基本配置

某电厂#1机组励磁系统均采用自并励静止晶闸管励磁系统，励磁调节器由ABB有限公司提供，型号为：UNITROL5000，由东方电机股份有限公司组装。励磁变采用佛山顺特电气设备有限公司产品。励磁系统包括调节柜、磁场开关柜、直流母线柜、整流柜、交流封母柜、励磁变。励磁系统信号通过485通信接口和硬接线两种方式送入厂用电监控管理系统（ECMS），重要SOE信号通过硬接线送入DCS系统。机组测控屏上送至中调。励磁系统原理图如图1所示。

图1　励磁系统原理图

2　故障现象及原因分析

2.1故障现象

某电厂#1发电机组为新建600MW机组，按相关要求要对机组进行励磁系统电力稳定器（PSS）试验。按试验计划电气调试负责人组织各单位人员，进行了励磁PSS试验前的安全技术交底，交底会上试验负责人讲述了试验的风险点及试验的相关要求。试验负责人认为，该电厂目前系统出现系统电压不高、系统无功量少的运行情况。为了试验顺利进行，防止试验时因发电机机端电压过低而影响机组辅机设备正常运行，试验负责人建议厂用系统切换到起备变带负荷运行，并得到了同意。

试验当天下午2时30分，试验负责人开了励磁PSS试验工作票，工作票的安全措施是：退出机组AGC，退出机组一次调频，退出机组AVC。下午3时30分左右，试验负责人下令给运行人员，保持#1机组有功功率600MW，将机组无功功率减到0 kvar。运行人员接令后，在控制室慢慢调节机组无功量，机组无功量减到0 kvar左右，励磁系统报励磁整流柜风机电源1故障、电源2故障，励磁系统故障，发变组保护装置报励磁系统故障。同时跳闸#1主变高压侧开关、灭磁开关、跳汽轮机、锅炉MFT动作，机组故障解列停机。

2.2原因分析

试验人员调取励磁系统调节器装置和发变组保护装置故障信号记录，报故障信号时间顺序分别是：整流柜柜风机电源1电源故障信号、整流柜柜风机电源2电源故障信号、励磁故障信号、机组故障解列信号、发变组保护出口跳闸停机信号。

通过以上故障现象分析，这次引起机组跳闸直接原因可以初步确定为励磁系统整流柜风机电源故障，励磁调节器检查到风机电源故障信号后发“励磁系统故障信号”至发变组保护装置，发变组保护装置出口跳闸停机。

励磁系统整流柜风机有两路220V交流电源，电源1取至励磁变压器低压侧，电源2取至机组厂用电源保安B段。电源1为风机常用电源，电源2为风机备用电源，并可以互相切换。当励磁调节器检测到风机电源电压低压定值时（200V，1s），会报电源故障信号同时切换至另一路电源，如果另一路电源也检测到电压低时，励磁调节器就会发“励磁系统故障信号”，并传至发变组保护装置，由保护装置出口跳机及解列。

试验负责人调取机组故障录波数据分析，机组跳闸时，由于机组无功率降到0 kvar左右，此时机组机端电压较低，最低是18.9kV，见图2机组跳闸时电压录波图（机端额定电压22kV）。此时励磁变压器高压侧电压，降低了14%左右，由于励磁系统整流柜由于励磁系统整流柜风机电源1取至励磁变低压侧电压，即220V×（1-14%）=189V左右。按此推算励磁系统整流柜风机电源1会低于200V，电源1报警属于正常情况。由于试验前厂用6kV电源是由起备变压器带着运行，所以#1机组6kv母线电压基本不变化，保持6kV左右，按此推算励磁系统整流柜风机电2不会低于200V，电源2报警属于不正常现象。要求励磁厂家调出励磁调节器故障记录，发现风机电源2在机组开始减无功时已经报了电源故障，并且在这之前10天内都会经常出现风机电源2故障信号。试验负责人要求，对风机电源电压采样继电器重新校验，校验时发现风机电源2电压继电器偏差7V，即电压实际输入低于207V就会报警。由于此时厂用电源带满负荷运行，厂电电压不高，保安电源经过电缆压降后电压偏低，电压到励磁小间只有205V左右。所以风机电源2刚好低于设置定值而报故障信号。这次试验开始前，风机电源2故障信号一直存在，当风机电源1在发电无功功率降低到0 kvar左右时，机端电压（励磁变高压侧电压）、励磁变低压侧电压、风机电源1电压也随之降低并达到故障告警值。当风机电源1故障告警自动切换至风机电源2，因风机电源2故障信号试验前就存在，所以励磁调节器装置判断风机电源切换失败，同时发“励磁系统故障信号”至发变组保护装置。发变组保护装置收到“励磁系统故障信号”后出口跳机解列停机。

图2　机组跳闸时电压录波图

3　解决方法及预防措施

通过以上分析，引起这次跳机的直接原因是励磁风机电源2电源继电器误差较大；厂用电压偏低；风机电源告警信号没有设计到DCS、ECMS等后台监控系统，很难及时发现；试验人员试验前对系统检查不够细致。

通过这次试验，暴露出了励磁系统新问题。针对这次暴露出来的问题进行了整改：①更换合格的整流柜风机电源电压检测继电器；②增加运行巡检检查风机电源电压项目，保证两路风机电源正常运行；③增加励磁整流柜风机电源告警信号至DCS系统，运行人员能及时发现。

励磁系统功率柜是发电机励磁系统的重要组成部分，其主要作用是交流电压转换直流电压向发电机

提供励磁电流，其中整流元件为晶闸管，在运行过程会产生很大的热量，主要散热系统是冷却风扇，所以励磁整流柜元件要正常运行，冷却风扇至关重要。

要保证风机正常运行，可以采取以下预防措施：①调节主变器电压档位提高厂用6kV电压；②调节厂用电干式变电压档位提高380V电压；③试验人员试验前认真检查设备、系统状态，试验时密切关注系统参数变化，发现异常立即停止试验；④根据实际情况配备励磁系统备品备件，不影响机组正常起动发电机时间；⑤除了提供可靠风机电源外，还要保持励磁小房间通风、恒温、清洁等环境。通过以上解决方案和预防措施，为机组顺利投入到商业运行奠定了一定的基础。

4　结论

发电机励磁系统在电力系统中起着重要的作用，励磁系统的稳定运行也和机组的稳定运行息息相关，引起励磁系统不稳定运行的因素很多。如以上所述的励磁系统整流柜的冷却风机电源故障，也会引起机组跳闸的风险。这是在以前机组运行中很少发生的事情，但是经过这次试验暴露出问题，希望能引起大家的重视。励磁系统整流柜风机电源在以往不被重视，通过这次跳机事件，希望能通过设计完善、设备改进、运行检查、试验检测等各方面改善措施，减少类似的事情发生。

参考文献：

［1］徐鹏煜.发电机励磁调节器2次故障分析［J］.电力安全技术, 2013，15（10）：52-53.

［2］罗海春.同步发电机励磁系统故障经验交流［J］.水电厂自动化, 2014，35（1）：46-48.

作者简介：邓外哺（1982-），男，本科，工程师，主要从事发电厂电气调试及试验工作。