基于运行现场的发电机组异常分析

王立华

（国家能源费县发电有限公司，山东 临沂273425）

在分析生产实际问题中，运行人员应积极发挥业务特长。作为运行人员，笔者曾及时解决过现场的几类发电机组异常。本文也以此为基础，就如何分析异常，总结规律。

某厂1 号、3 号发电机组额定功率均为300MW，额定电压20kV，额定电流10189A，装设常规发电机保护，配置有永磁副励磁机的发电机交流励磁机系统（见图），通过监视主励磁机的励磁参数反映励磁系统的运行状态，其空载励磁电流57A，空载励磁电压3.84V。

1 发电机异常案例分析

1.1 发电机电压表指示有误，影响并网10 个小时

2001 年10 月6 日，1 号机组多次并网操作中，自动同期装置均不能输出合闸信号，导致10 个小时不能并网；并伴随过激磁V/HZ 保护动作报警,但发电机电压表计指示为20kV、空载频率指示50HZ，均为额定值。期间，电气维修人员对自动同期装置、AVR 系统、并网TV 二次电压输出、各测量回路、电气保护及逻辑、并网断路器及其操作回路等进行了全面排查，未发现异常。

当了解上述情况后，立即建议更换发电机20kV 电压表。措施采纳后，发电机很快并网成功。即在不到10 分钟内解决了10个小时不能并网的重大事件。异常的正确判断，是由一组数据开始的。当时，发电机出口电压及主励磁机空载励磁电流、励磁电压表指示分别为20kV、60.5A、4.05V。在正常空载额定运行时，由于定子铁芯磁通未进入磁饱和状态，上述三个特性数据相互之间应为线性比例（或接近线性比例）关系，而当时这种对应关系实际发生了一点偏差。即励磁参数60.5A、4.05V 之间呈现对应关系，而励磁参数60.5A、4.05V 与发电机出口电压20kV之间均不能比例对应。并且主励磁机空载励磁电流、励磁电压已大于额定空载数值（57A、3.84V）5%左右，而发电机电压为20kV，等于额定值。

由此可判断：既然励磁参数之间符合比例关系，那么主励磁机 空载励磁电流、励磁电压表应判断为指示准确；而由发电机电压与空载励磁电流、励磁电压均不成比例，且已校验其传感器输出正常，可初步判断发电机电压表表头指示有误，即偏小。这是此次异常分析的关键。因励磁参数已超过空载值，虽然发电机电压表计指示相对偏小，但实际开入同期装置的电压量可能已偏大，并超出允许范围，这同时可由V/HZ 保护报警证实，并由此保护动作闭锁了自动同期装置，所以机组不能并网。并网时，操作及技术人员疏忽了主励磁机空载励磁电流、励磁电压与发电机电压数值的线性对应关系，过度依赖指示有误的发电机电压表，为满足电机出口额定为20kV 电压的并网条件，过度升高了励磁参数，使发电机实际电压超出范围而不能实现并网。根据多年经验，每次并网发电机电压达20kV 时，受各种因素的影响，空载励磁电流及励磁电压与其额定值总有一点偏移，这是造成疏忽的主要原因。另外，该机组电气表采用美国GE 公司产品，投产10 多年，从未发生差错，这也是本次并网异常未能及时正确分析的原因之一。

根据上述分析，现场更换了电压表，实际发电机电压已超过21kV，证明判断正确，也就及时解决了此次并网异常。

1.2 发电机差动保护两次误动

故此，缩短了事故处理的时间或避免了300MW 机组的再次误跳闸。

1.3 线路短路引起发电机低频保护误动

2000 年10 月，距离该厂约18 km 处某变电站1 条新建220kV 线路第1 次空载充电时，发生三相金属性永久短路事故。引起新投运的该厂3 号机3 套低频保护动作，造成该机组跳闸一次。当时，某些技术人员认为短路发生后，发电机定子电流瞬间增大几倍，即输出变大，应判断低频保护动作正确。而本人提出了相反的观点：低频保护属于误动，应进行校验；否则，不能投入运行。分析如下：

当高压线路发生三相金属性短路时，必将产生发电机暂态稳定问题。由于本区域电压突降，发电机电磁有功很难送出，而原动机的机械转矩又一时降不下来，因而作用到转子上的转矩将失去平衡，使发电机转子开始加速，甚至导致滑极失步，由隐极发电机电磁转矩公式可得：

式中M——发电机电磁转矩；m——相数（为3）；E——发电机定子绕组励磁电势；U——电网电压；

ω——发电机机械角速度；X——发电机与系统的联络电抗；δ——发电机运行中的功率角。

短路发生瞬间，高压母线电压U 很低（事故残压），根据式上述公式，此时发电机电磁转矩M 接近于零（即发电机有功功率很小），而汽机拖动转矩又基本不变，于是转子转矩过剩。在过剩转矩的作用下，发电机开始加速，其功率角δ 不断增大。但此次短路故障中，在很短的时间内（不到100ms）就切除了该故障线路（重合闸停用，且手合于故障线路时闭锁本装置）。当故障点隔离、电压恢复后，发电机功角曲线与故障前一样。由于发电机δ 角已经变大，使发电机输出电磁功率大于原动机功率，转子开始减速。在综合正阻尼力矩的作用下，转子消耗能量后，发电机最终将稳定在功角曲线原δ 角对应点运行，即机组恢复到该线路充电前的运行状态。

在发电机从突然短路的最初次暂态到暂态过程的衰减及快速切除故障的整个过程中，发电机为同步振荡状态，频率应不变。故此次短路故障时，3 号发电机低频保护（此保护电压回路接自发电机定子绕组出口20 kV 电压互感器）不应动作，即3 套低频保护动作均属于误动。后来对这3 套保护各做了3 次现场模拟实验，证实了上述判断的正确性。

由于及时提出低频保护属于误动的分析，避免了保护装置再次误投入和今后机组的再次误跳闸。

2 结论

2.1 分析异常，掌握发电机、电网及保护等运行原理是快速解决问题的基础。例如1.1 事例中，发电机电压与励磁参数应成比例对应关系；1.2 事例中，运用差动保护原理判断其回路有短接线；1.3 事例中，运用发电机与网络运行原理相结合进行低频保护动作行为分析。这都是正确实践原理分析的结果。

2.2 分析异常，掌握事故报警之间、状态参数之间、电气一次、二次系统之间，以及报警与参数之间应具有内在联系性或其逻辑性等，并运用正确的方法，即能快速判断出故障点或原因。这是解决问题的关键。1.1 事例中，由励磁参数60.5A、4.05V与发电机20kV 之间均未呈现对应关系，应初步判断发电机电压表计指示有误，因为励磁参数两个表计同时指示有误的几率很小；1.2 事例中，发电机能承受额定电压，并能带一定负载运行，可初步判定发电机一次回路确无短路等故障，问题应在保护回路；1.3 事例中，由一次系统（发电机）应为同步振荡状态，从而可判断低频保护继电器误动。上述就是在掌握了所有的事故报警、状态等信息后，利用他们之间的内在关系，并应用归纳、演绎和排除法等手段，逐步缩小分析范围的成功案例。

2.3 分析异常，运行人员要有丰富的现场经验并掌握主要的数据，是快速判断问题的前提。1.1 事例中，判断发现空载励磁参数超出正常空载范围；1.2 事例中，及时发现发电机跳闸瞬间定子一次电流与差动保护二次定值相对应，且差动回路的短接线可能在TA 端子箱内。这都说明熟悉设备主要数据以及具有现场经验对快速分析问题的重要性。

2.4 分析异常，电气运行更具有系统性、整体性的特长，更有利于对复杂或原因不明的事件的判断处理。运行涉及电气一、二次系统，要求掌握发电机、网络及保护等所有设备运行原理，故整体性强。而电气检修专业一般分电机、配电、保护、仪表、试验等工种，并相对独立，缺乏系统性，但其对相应的设备结构等较为熟悉。事故分析中，运行一方面应积极发挥业务优势，另外应与检修检查结果相互结合，可快速查找原因。例如1.1 事例中，分析结论为发电机电压表的表头指示有误，这是建立在维修人员已校验其传感器以及自动同期装置、AVR 装置等正常的基础上做出的；1.3 事例中，通过对发电机与网络一次系统的暂态分析，进而判断二次保护动作行为等。这都体现了电气运行人员系统性、整体性强的客观优势。

2.5 分析异常，应充分发挥运行人员是异常现象的直接感受者及在线性强的优势，对快速得出结论很有帮助。一般生产现场发生事故而停运后，具体的原因排查过多依赖于检修专业，而对运行要求则侧重于安全停机或防止事故扩大等方面。事实上，检修专业因工种较多，相对缺乏系统性和整体性，若运行与检修互相配合，发挥其在线优势，有的放矢，可提高处理事故的效率。同时,也提高了电气分析能力，对保障日常安全运行也很有帮助。