一起发电机组励磁变烧毁事故分析

刘赟，邹磊，胡海宁

(1.国网湖南省电力公司电力科学研究院，湖南长沙410007；2.国网湖南省电力公司长沙供电分公司，湖南长沙410015)

一起发电机组励磁变烧毁事故分析

刘赟1，邹磊2，胡海宁2

(1.国网湖南省电力公司电力科学研究院，湖南长沙410007；2.国网湖南省电力公司长沙供电分公司，湖南长沙410015)

文章分析了一起600 MW发电机组的励磁变烧毁事故。通过对故障前后等值电路的差异开展理论分析，明确了事故的发展过程和故障原因，提出了减少此类故障的建议。

发电机组；励磁变；烧毁；故障原因

励磁变压器通常用来给发电机励磁装置提供励磁电源，励磁变一般不进行冗余设计〔1〕， 因此，励磁变的运行安全直接影响发电机组的安全。近些年，由于短路而造成励磁变烧毁的事件时有发生〔2－5〕。本文针对一起发电厂励磁变烧毁事件全过程分析，并列出了故障的预控措施，有助于类似故障进行分析、判断和预防处理。

1 事故前系统简介

2号发电机出口与励磁变高压侧相连，通过发电机出口开关 (GCB)与＃2A，＃2B高厂变高压侧以及主变低压侧相连，励磁变、＃2A，＃2B高厂变、主变带负荷运行。定子电压、电流正常，2号主变、＃2A，＃2B高厂变和励磁变电流、电压正常。二次方面，2号发电机、主变、励磁变、＃2A，＃2B高厂变保护无动作，运行正常。励磁变的主要参数:型号ZLS09－X－6600/22，电压组合22 kV± 2×2.5%/850 V，接线组别Ynd11。

2 外观检查和试验情况

事故发生后，对励磁变的外观进行了检查，并对其进行了绝缘电阻和直流电阻测量，高—低地和低—高地绝缘电阻满足要求。

B－Y相直流电阻值偏大，应与测量方法有关。事故发生后，B相高压侧两段绕组的串联连接铜排断裂，无法直接测量首尾两端电阻，分别测量两段直流电阻正常，可以判断励磁变的直流电阻无异常。

事故中励磁变表面绝缘在电弧作用下损伤严重，高、低压绕组部分绝缘已经碳化。

3 事故发展过程

事故调查结合现场勘察、试验检测和故障录波数据分析，事故原因逐渐明朗，故障发展分为三个阶段。

3.1 第一阶段

故障第一阶段为故障开始发展到发电机定子接地。为方便描述，以事故当天9时7分18秒为时间基点。从－19 ms左右故障开始到定子接地时的165 ms，在这段时间内发电机机端电压幅值和相位是对称的，保护也未见有信号发出，而励磁变高压侧电流幅值缓慢增加，角度逐渐偏移，数据显示励磁变高压侧A，B，C三相电流由正常的负荷电流120 A左右逐渐增大，到165 ms发电机定子接地时A相电流为3.2 kA，B，C相电流约为1.8 kA，且B，C相角相差为9°，与A相差183°，见图1。

图1 第一阶段故障录波

3.2 第二阶段

故障第二阶段是发电机定子接地到发电机出口三相短路。165 ms时发电机定子A相发生金属性接地故障，机端零序电压21 kV，B，C相地电压上升为线电压。此时励磁变高压侧电流突变至A相4.2 kA，B，C相电流为2.2 kA左右，B，C相电流基本同相位，与A相反相位。

在此期间 (190 ms时)由于励磁变差动动作，出口汽机跳闸、跳发电机出口断路器和灭磁开关，237 ms时发电机灭磁完成，转子电流降至0，数据显示灭磁开关动作前发电机定子电流基本维持在16 kA。由于该厂发电机的灭磁时间常数大于1 s，也就是说在即使灭磁开关断开，发电机的机端电压仍然维持缓慢下降，而此前存在接地故障在机端剩余电压作用下仍然维持，接地产生的弧光也继续维持，其产生的高温气体一直维持在励磁变密闭的壳体内，到517 ms时形成了A，B相相间短路，到541 ms时形成了A，B，C相三相短路。至此为故障发生的第二阶段，故障录波图见图2。在此期间只有励磁变发出了差动保护动作。

3.3 第三阶段

图2 第二阶段故障录波

第三阶段为发电机相间短路。由于发电机相间前机端电压尚有18 kV左右，相间短路造成发电机定子流过巨大的短路电流，对发电机造成冲击。发电机差动保护动作在541 ms时发出，属正确动作。

从励磁变差动跳开灭磁开关到机端三相短路期间，由于发电机出口GCB断开，发电机和励磁变构成回路，流过发电机的电流同时也流过励磁变故障点和励磁变本体。从故障录波图上可以清楚看到，从灭磁开关跳开到发电机出口三相短路期间，发电机定子三相电流与励磁变高压侧TA测得的电流存在一致对应的关系；说明了发电机出口三相短路前励磁变高压侧TA一直正常工作的，而在发电机出口三相短路后由于承受不了巨大的弧光和电流，励磁变A，B相TA先后损坏，而从录波图上看C相TA始终能够正常测量故障电流；同时从故障开始发展，到发电机灭磁这段时间内，从录波数据上可以看到，励磁变低压侧的电流始终维持在3 kA左右，三相也始终保持对称。

4 事故原因分析

1)第一阶段

此阶段故障原因为励磁变A相与其中性点非金属性短路造成，此时其故障等效电路图见图3。

从电路上来分析，相当于在励磁变A相绕组支路旁接一个电阻。随着流过旁接电阻电流的增大，电路的不对性加剧，A，B，C相电流不对称性也随之增大 (故障电流的叠加作用)。此过程为非金属性短接，定子20 kV母线系统A，B，C三相电压维持稳定，励磁变低压侧电流维持稳定，短路放电程度还不够强烈。

图3 故障第一阶段示意图

高压A相绕组首尾间的环氧树脂桶表面和顶部低压侧B相母排连接片有明显电弧烧伤痕迹，如图4。可确定该处为故障第一阶段故障点。

图4 被电弧烧伤的表面

2)第二阶段

故障发展为励磁变A相和中性点短接金属性接地故障，此时A相失压，B，C相电压变为线电压，同时励磁变A相绕组首端和中性点短接接地。在比较故障前后电路特征后，根据叠加原理，相比正常运行时，故障后电路相当于在励磁变A相叠加了一个与原电动势相反的电动势，故障电流的流向见图5，此时回路中流通的电流为等效叠加电源单独作用时电路中流过的电流加上正常运行时负荷电流。因发电机中性点为高阻抗接地，回路零序阻抗较大，在与大地构成的零序回路中的电流较小。因此，A相电流约等于为B，C相电流之和，而相位则与之相反。

图5 A相金属性接地时故障电流流向

3)第三阶段

随着回路中故障电流的增大，在电热和电动力的共同作用下，励磁变高压侧三相电流互感器爆炸，且伴随着弧光和高温气体，B，C相相继对地短路，最终造成三相对地短路，三相电路恢复对称，此时短路电流达到50 kA以上，封母与励磁变的连接线烧断，见图6。

图6 高压侧TA损坏

4)综合分析

结合录波图、保护动作情况以及现场的检查情况，确定本次故障部位位于励磁变高压侧TA与励磁变高压绕之间，A相绕组线端对中性点非金属性短路，逐渐发展为金属性接地故障，并在接地弧光的作用下发展为三相短路故障。

5 结束语

为预防由于非金属性短路造成励磁变烧毁事故的发生，应充分重视励磁变的选型和验收，选用有丰富制造经验、良好运行业绩、通过严格试验的厂家产品。同时，应加强对励磁变的出厂检测和运行中的预防性试验，加强红外测温，特别是高温重负荷期间应缩短检测周期。

〔1〕赵小莹，廖虹炜.发电机励磁变压器几个关键问题的分析〔J〕.变压器，2011，48(6):49-51.

〔2〕尚雄英.一起600 MW机组励磁变压器故障分析及处理 〔J〕.安徽电力，2014，31(2):15-17.

〔3〕孙国彬.浅析励磁机故障原因与消除措施 〔J〕.电机技术，2005(2):54-55.

〔4〕祁永寨.励磁变压器故障分析与探讨 〔J〕.山西电力，2005 (1):47-49.

〔5〕郭建.励磁变压器事故分析与短路电流计算 〔J〕.电力自动化设备，2002，22(12):47-49.

Analysis of a Generator Set Excitation Transformer Burned Accident

LIU Yun1，ZOU Lei2，HU Haining2
(1.State Grid Hunan Electric Power Corporation Research Institute，Changsha 410007，China；2.State Grid Hunan Electric Power Corporation Changsha Power Supply Company，Changsha 410015，China)

This paper analyzes a 600 MW generator set excitation transformer burned Accident.Through the theoretical analysis of the difference of the equivalent circuit before and after the accident，the development process and reasons ofthe accident are defined，and the suggestions for reducing the fault are proposed.

generator set；excitation transformer；burned；reasons of the accident

TM407

:B

:1008-0198(2017)02-0076-03

10.3969/j.issn.1008-0198.2017.02.019

2016-11-14

刘赟(1981)，湖南湘潭人，硕士，高级工程师，主要从事变压器专业研究。