发电机灭磁开关跳闸原因分析及改造方法

摘要：2014年初，绥电公司俄制2×800MW机组性能优化升级改造成单机容量为880MW的热电联营机组，并入东北电网。绥中发电厂是东北地区总装机容量最大的火力发电厂，是联接华北和东北电网的重要电源支撑点，也是东北电网与华北电网联网的枢纽电厂，其励磁系统的安全可靠运行将直接关系到两大电网系统的安全与稳定。绥中电厂2×880MW汽轮发电机组选用的是南瑞电控公司生产的励磁系统。

关键词：热电联营，励磁系统，灭磁开关，跳闸。

1.引言

绥中电厂2×880MW热电联营机组选用的是南瑞电控公司生产的励磁系统，灭磁开关选用的是GE公司生产的Gerapid 8007型灭磁开关。灭磁开关运行是否可靠，是关系到机组能否安全稳定运行重要标志。

2.发电机灭磁开关的作用

灭磁开关是接通和切断励磁电流，同时断开时接通灭磁电阻投入灭磁回路，防止发电机过电压。当发电机停机断开发电机出口开关时，由于原来发电机还带有一部分负荷，此时转子还供有比空载励是流还大的工作电流，当发电机主开关断开时所有的励磁电流及由于外界负荷的断开引起的汽轮机转速的升高，这两部分全部都用来建立电压，使用灭磁开关防止过压击穿。

3.发电机灭磁方式

1）逆变灭磁：发电机的正常灭磁都应该采用逆变灭磁，只有事故时保护动作才启动跳灭磁开关等灭磁方式。

2）灭磁开关开断灭磁：灭磁最初就是直接利用灭磁开关吸收发电机转子中储存的能量进行快速消灭发电机的主磁场。

3）机械跨接器灭磁：机械跨接器是M10，动作后接通灭磁电阻60R，进行灭磁。

4）电子跨接器灭磁：电子跨接器是由NES5160及晶闸管触发模块组成，动作后接通灭磁电阻60R，进行灭磁。灭磁电阻60R是由线性电阻组成。

4.二号发电机灭磁开关跳闸实例分析

4.1事故前工況：2号机组有功功率533MW，无功功率24Mvar，转子电压315V，转子电流2210A。

4.2事故经过：2018年1月24日4时26分，2号发电机跳闸，2号发电机灭磁，汽轮机跳闸，锅炉MFT。DCS画面来“发变组主保护动作”报警，2号主变高跳闸，厂用电切换到备用电源供电。

4.3跳闸原因分析：

1）发电机灭磁开关QE11运行中偷跳，引起机组失磁保护动作，是机组停机的直接原因。

2）灭磁开关偷跳原因分析如下：

⑴就地/远方手动分闸使开关跳闸：通过现场调节器录波图及变为记录，未发现其驱动继电器K453变位记录，排除远方和就地操作跳闸的可能。

⑵保护动作共有两路信号使灭磁开关跳闸，即保护跳闸1，保护跳闸2.通过机组故障录波器和调节器录波图及变为记录，在开关分闸前未有变化动作信号开入，在灭磁开关分闸后1秒钟左右有保护

动作1、2、信号开入，排除其保护动作引起跳闸的可能性。

⑶开关本体手动机械分闸：调阅现场监控录像，开关跳闸时段无人员进入励磁间，排除人为操作驱动杆的情况。

⑷分励脱扣器动作：通过调节器历史数据及动作原理得知，分励脱扣器动作是由时间继电器K33、K32执行，同时驱动K457进而驱动K460封脉冲信号。在此次事件中，灭磁开关动作时，调节器未检测到封脉冲信号，故排除时间继电器误动引起跳闸的可能。

注1：本次事故停机故障录波可以看出，脉冲回读故障信号在灭磁开关分闸信号1.5秒后出现。

注2：2号机组正常逆功率停机录波可以看出，脉冲回读故障信号在灭磁开关分闸信号0.1秒后出现。

⑸合闸保持回路脱口：Gerapid 8007型灭磁开关合闸后采用机械保持方式，基本排除灭磁开关合闸不到位引起跳闸的可能性。

⑹ED脱口线圈动作：开关内部的控制部分由电源板、ED控制板、分励控制板和合闸控制板组成。其动作原理是ED脱口线圈由ED控制板控制，其控制信号为外部DC6V-24V的有源信号，该控制信号经ED控制板内部电路触发可控硅，从而控制ED脱口线圈动作，由于该控制板上电子元器件众多，无法排除发生软故障误触发可控硅接通跳闸线圈的可能性，初步确定其为灭磁开关偷跳的直接原因。

综上所述：灭磁开关偷跳的初步原因为ED控制板内部电子元件软故障误触发跳闸回路。

5.二号发电机灭磁开关内部控制板件改造过程分析

1）改造目的：为排除原GE开关ED控制板误触发的可能性，进一步增强机组运行的安全可靠性。

2）改造主体思路：GE开关进行局部改造，取消内部控制板件，且将主、备分闸动作线圈更换为强电动作线圈。

3）改造具体实施：

a）GE开关内部接线按照新设计回路进行重新连接

b）改造后控制电源直接接至线圈两侧，按照GE开关说明书对于通电时间等相关要求，励磁系统灭磁控制回路需要同步进行相应更新，调整部分器件型号及时间继电器的时间设定，完成后进行回路对线测试，并按照设计图纸对回路、灭磁开关辅助触点等项目进行逐一检查。

4）改造后性能检查

灭磁开关本体和控制回路改造完成后，对灭磁开关相关性能试验进行测试检查。

5）开关升级性能测试

GE开关改造后，满足行业标准要求“灭磁开关在操作电压额定值的80%时应可靠合闸，在65%时应能可靠分闸，低于30%时应不动作”。

6.结论

对于整个发变组乃至全电网来说，励磁系统运行的稳定性，监视的准确性，调整的灵活性，控制的可靠性尤为重要。上述事例说明GE灭磁开关原始的缺陷，暴露出控制的不可靠性，通过对GE灭磁开关内部的改造，以及改造后的常规试验和升级性能试验，为机组可靠稳定运行奠定坚实的基础。同时丰富我们的运维经验，为同行业兄弟单位提供更多的技术支持。

参考文献

[1]黄耀群，李兴源，《同步电机现代励磁系统及其控制》，成都科技大学出版社，1993.

[2]中国电力行业标准《大型汽轮发电机自并励静止励磁系统技术条件》，中国电力出版社，DL/T843—2010.

作者简介：李恩向，葫芦岛市电机工程协会会员，绥中发电有限责任公司维护部