一起燃机励磁电压异常原因分析及预防建议

纪虎军 赵俊杰 李 强

一起燃机励磁电压异常原因分析及预防建议

纪虎军1赵俊杰2李 强2

（1. 深能智慧能源科技有限公司，广东深圳 518031；2. 西安热工研究院有限公司，西安 710054）

某燃机电厂6号机组在整套起动励磁系统试验时发现励磁电压波形异常。本文结合该试验二次回路和灭磁原理对波形异常原因进行分析，组织人员进行检查处理，并对处理结果进行对比验证。最后，结合现场经验提出避免此类事件发生的几点建议。

励磁调节器；灭磁；波形异常；燃机

0 引言

励磁系统作为大型发电机组的重要组成部分，它在机组并列后维持发电机机端电压在给定水平并控制机组无功功率的合理分配，不仅对提高电力系统稳定性有重要作用，还在燃机拖动起动阶段发挥重要作用。在机组的整套起动过程中，需根据相关规程对励磁系统进行动态试验[1]。本文通过分析一起整套起动过程中灭磁试验波形异常事件发生的原因，提供一些处理励磁系统故障的基本思路，并针对性地提出一些建议。

1 励磁电压波形异常现象

根据相关试验规程，机组整套起动过程中需在发电机空载条件下进行灭磁试验。灭磁试验分为正常逆变灭磁、跳灭磁开关灭磁、远方灭磁、保护动作跳灭磁开关4种方式进行[1]。通过灭磁试验来检查跳灭磁开关是否正常、测定灭磁时间常数，同时对灭磁过程进行录波以检验灭磁过程中触发角的变化和跨接器投入情况等[2-3]。近年来灭磁失败引起故障范围扩大的事故时有发生[4-5]。

某燃机电厂6号机组采用进口励磁系统。整套起动期间，首次跳灭磁开关灭磁试验完毕后发现励磁电压波形异常。试验波形如图1所示，作为对比，图1中也给出了同项目5号机组相同试验项目的波形。

图1 跳灭磁开关灭磁试验波形1

根据该型励磁系统原理，在接收到外部保护跳闸信号时，励磁调节器瞬时封脉冲，同时跨接器动作，向转子回路中投入灭磁电阻。磁场能量由转子绕组和灭磁电阻构成的回路消耗[6]。

由图1波形可以看到，6号机组灭磁开关跳开后，励磁电压瞬时反向，最大反向电压为-116.3V，与5号机组相同试验时正确的波形基本相同[7]，但在160ms后即保持-80V左右，直至340ms后迅速归零。

为排除试验接线问题导致的波形异常，紧固试验接线，并对厂家内部接线进行紧固检查。起励后再次进行跳灭磁开关灭磁试验，录取波形，试验仪器录到的跳灭磁开关灭磁试验波形如图2所示。

图2 跳灭磁开关灭磁试验波形2

由图2看出，励磁电压波形依然出现同样的异常现象，且励磁电流正常衰减，需进一步分析波形异常原因。

2 原因分析及处理

针对两次试验波形异常的形成原因，励磁厂家回复从波形来看励磁电流平稳下降，说明灭磁回路投入，保护跳闸之后励磁电压会有短暂的采样失真问题。但录波仪器的励磁电压采样回路是接在端子排上，而端子排由厂家配线引自开关柜铜排。同样类型的5号机组并没有出现此问题。厂家此回复并不能解释励磁电压波形畸变的原因。

经分析后，试验人员认为可能原因如下：①录波仪器参数设置问题；②录波仪器通道问题或录波仪器内部虚接；③灭磁回路中电阻元件或跨接器连接存在问题；④灭磁开关灭弧栅位置错位或开关接触面断开不及时。

为进一步查明波形异常原因，分别在两个通道下通过逆变方式灭磁。录波仪器使用的录波模板不变，同时设置励磁调节器对此次灭磁试验进行录波。试验仪器录取的波形如图3所示。

图3 双通道逆变灭磁波形

由图3可看出，励磁电压、励磁电流均正常衰减。A通道逆变灭磁时反向励磁电压最大-818.0V，B通道逆变灭磁时反向励磁电压最大-818.6V。励磁调节器与录波仪器所录波形基本一致，说明励磁电压试验采样回路无误，录波仪器通道设置正确。

所以造成励磁电压波形异常的原因可能存在于跳灭磁开关灭磁方式的耗能回路中[7-8]。对灭磁电阻及跨接器进行检查，并与设计图纸核实。灭磁电阻测量阻值基本正确无误，与设计一致[9]；跨接器开关模块接线方式正确，与设计一致[4]；对灭磁开关本体及灭弧栅进行解体检查，均无异常。

再次组织人员协助厂家对励磁系统内部接线进行排查，同时检查励磁调节器各项设置，发现盘柜内励磁电压采样接线位置错位，励磁系统励磁电压采样线阳极接错位置，如图4所示。

图4 励磁电压采样位置

如图4所示，励磁电压阳极采样点本应接在灭磁开关发电机转子侧，实际接在了整流桥侧。因两台机组为镜面布置，转子进线位置在完全相反的两个方向，厂家安装人员在安装时未注意两套励磁系统的区别，导致6号机组励磁电压采样位置接错。

经过与厂家技术人员商讨更换采样点位置方法，制定处理方案及安全措施。现场确认位置后，对励磁电压采样线接线位置进行更改。

3 效果验证

处理完毕后连接好录波仪器，在灭磁开关前后各设置一个励磁电压采样点。通过对比两个采样点采样的励磁电压波形，验证励磁电压波形畸变是否由采样位置错误引起。

再次起动6号机组，分别在励磁调节器的A、B通道下进行跳灭磁开关灭磁试验，录取试验波形如图5所示，其中曲线1、4为整流桥侧电压；曲线3、6为灭磁开关转子侧电压；曲线2、5为励磁电流。

（a）A通道灭磁波形

（b）B通道灭磁波形

图5 跳灭磁开关灭磁试验波形3

由图5波形可见，转子侧励磁电压（曲线3、6）正常平稳变化，整流桥侧励磁电压（曲线1、4）与之前异常波形一致。检查励磁系统录取的波形，与录波仪器录取的转子侧励磁电压（曲线3、6）波形一致。下面结合图5及相关文献[7, 10-12]，详细分析灭磁动作过程。

封脉冲后，磁场断路器分闸之前，因转子电流不能突变，所以最后导通的两个晶闸管将始终保持导通状态，直到晶闸管中流过的电流低于维持电流而自行关断。灭磁开关断开前，转子电压和转子电流根据灭磁电阻和转子绕组组成的回路特性衰减。灭磁开关断开后，整流桥侧电压根据整流桥侧的回路特性衰减。此时整流桥侧测得的电压等于灭磁开关处的弧压与灭磁电阻上电压的叠加，是一个暂态综合叠加的过程。直至完全熄弧，灭磁开关整流桥侧电压消失。再经过一定延时后，整流桥交流侧开关断开。

此试验验证了本次整套起动过程中励磁电压波形异常确实是由励磁电压采样位置错误引起，而非励磁系统其他故障。验证完毕后拆除试验接线，复归励磁系统信号，继续进行整套起动。

4 结论

跳灭磁开关灭磁试验是故障停机时保障机组安全的最后一道防线，其可靠性至关重要。当机组内外部故障时，保护动作后需要励磁系统能迅速断开发电机励磁回路，并将转子绕组中的能量迅速消耗掉，避免事故扩大。本文在整套起动过程中发现励磁电压波形异常，立刻进行异常原因分析，及时发现并处理了励磁电压采样畸变异常问题，保证了机组的正常带负荷试运。

造成本次灭磁异常的主要原因是厂家在生产时未严格按照设计图纸进行出厂检查导致，也反映出了在整个励磁系统调试过程中存在的各方把关不严的问题。

为杜绝此类事故，总结以下建议：①厂家在入场检查时，应认真核对设计图纸与实物差别，及时发现生产中的问题，特别是通性问题；②单体调试单位应完善静态调试方案，在静态试验时与厂家密切配合，认真检查各回路；③系统调试人员应完善整套起动方案，把好最后一道关卡，在试验时应认真检查波形及各项参数，及时发现设备缺陷，有疑问必须处理后才能继续进行试验；④励磁系统试验时，现场试验人员应熟悉励磁系统原理及各方式下系统参数特点，及时处理试验过程中出现的各项异常。参建各方应认真执行各项措施避免机组带缺陷并网。

[1] 大型发电机励磁系统现场试验导则: DL/T 1166—2012[S]. 北京: 中国电力出版社, 2012.

[2] 孙大伟. 大型火电机组整套启动电气试验探讨[J]. 宁夏电力, 2012(2): 34-37.

[3] 刘世富, 王泽众, 陈茜. 电厂电气总起动试验中励磁系统相关问题探讨[J]. 山东电力技术, 2011, 38(5): 24-27.

[4] 姜巍. 某水电厂励磁系统跨接器故障分析[J]. 电气技术, 2021, 22(10): 43-45, 64.

[5] 潘海斌, 石运兴. 600MW汽轮发电机组励磁系统故障跳闸分析及处理措施[J]. 内蒙古电力技术, 2020, 38(2): 38-40.

[6] 余真, 马嵩源, 刘乃锁, 等. 发电机试验站灭磁保护方法的研究与实践[J]. 电气传动, 2014, 44(12): 82-85.

[7] 张建承, 吴跨宇. 大型汽轮发电机励磁系统灭磁异常原因分析及反措建议[J]. 大电机技术, 2019(4): 77-81.

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Cause analysis and preventive suggestion of abnormal excitation voltage of gas turbine

JI Hujun1ZHAO Junjie2LI Qiang2

(1. SE Smart Energy Technology Co., Ltd, Shenzhen, Guangdong 518031;2. Xi’an Thermal Power Research Institute Co., Ltd, Xi’an 710054)

Abnormal excitation voltage waveform is found in the excitation system test of unit 6 of a gas turbine power plant. Combined with the secondary circuit of the test and the principle of demagnetization, the cause of abnormal waveform is analyzed, and the personnel are organized to check and deal with it. The results are compared and verified. Finally, some suggestions are put forward to avoid the occurrence of such incidents.

excitation regulator; de-excitation; abnormal waveform; gas turbine

2022-03-03

2022-03-21

纪虎军（1983—），男，广东深圳人，本科，工程师，主要从事智能配电网电气技术管理工作。