一起发电机励磁1号功率退柜导致两功率柜间导线烧坏的分析及处理

四川武都电站有限公司 任碧秀

1 引言

励磁系统是发电机组的重要组成部分，是提供发电机磁场电流的装置。励磁系统的作用主要有以下三点：一是根据发电机电压、负荷及功率因数的变化调整发电机的励磁电流，以维持发电机端电压在规定的水平；二是合理分配并列运行发电机间的无功负荷；三是提高电力系统稳定性，在发电机电压急剧降低时，迅速加大励磁电流，以改善系统的运行条件，提高系统的稳定性和可靠性。

励磁系统包括励磁电源和励磁装置，其中励磁电源的主体是励磁机或励磁变压器。励磁装置分别由励磁调节柜、功率柜、灭磁柜等励磁柜组成，具有稳压、恒电流、恒功率因素等功能。励磁柜是一种为发电机建立电压并稳定发电的设备，是整个电气成套系统的CPU，其工作原理如下，调节器用发电机量测PT电压输入电气信号，直流信号用输出电流和反映装置电源电压调节信号。各路信号经各自的信号处理及变换电路对信号滤波、隔离放大，变换成适用A/D采样的信号，并将这些信号送入A/D变换器，再由程序控制依次进行模数转换，存放在存贮器中供调节器使用。

2 水电站概况

四川省某坝后式水电站，总装机3×50MW，多年平均发电量为6.1 亿kWh，设计利用小时为4064h,电站保证出力为36.8MW，多年平均流量为142m3/s，电站引用流量259.22m3/s。三台发电机分别接成发变组单元接线，各经一台63000kVA 的主变压器升压为220kV，经220kV线路送至220kV变电站并入四川主网。电站采用全计算机监控系统，于2011 年11月正式投产发电。发电机组采用GES3000静态励磁系统，励磁整流及调节器设置有两个独立的通道，每个通道有一个自动调节通道和一个手动调节通道，调节通道的核心均为工业控制微机，采用高可靠智能型冗余容错结构，该冗余结构采用并联方式，当有一个冗余部件故障时，不影响系统正常运行。

该电站采用自并励方式，励磁电源由一台接于同步发电机端的励磁变压器（型号ZSCB9-800/10.5）取得，经励磁变压器降压380V后，接入三相全控桥式晶闸管整流器，输出直流额定电压195V，额定电流1185A，晶闸管的冷却采用轴流式风机强迫风冷，通过晶闸管整流成直流后，供给发电机磁场绕组。自动励磁调节器从发电机端取得信号，控制晶闸管的导通角，从而按需要控制发电机励磁电流。励磁变压器采用环氧浇注、干式、自冷型式，有温控报警，其高压侧不设自动开关，副边根据需要没有设开关或自动开关。高压侧接线包括在发电机的差动保护范围之内，副边出线口装有电流互感器TA，作为励磁调节器的测量转子电流信号。励磁变压器绕组的联接组别一般为Y/d－11，为了消除由于晶闸管整流换向引起波形畸变所产生高次谐波中的三次谐波及其三倍的高次谐波之影响。励磁系统由励磁调节柜、功率1号柜、功率2号柜、灭磁柜共四面屏柜和1 台励磁变组成，励磁原理如图1所示。

图1 励磁原理

3 事件经过及检查处理

电站在投运后半年时间内发生一次功率柜退柜事故。当日1 号、2 号机组各带50MW 负荷运行，3号机组热备用。10:34分当值设备运维班人员进行备自投（厂用电Ⅰ段带Ⅱ段）切换试验时，断开Ⅱ段厂变低压侧开关时，备自投未投入（后来检查系备自投程序不完善所致），导致Ⅱ段厂用电临时中断。此时上位机报“1 号功率柜退柜”，1 号机组励磁柜传来爆炸声响，并伴有焦臭味，现场人员及时赶到1号机组励磁功率柜发现1号功率柜退柜，功率柜柜间导线有烧断现象。

事故发生后，值长立即汇报调度，申请转移1号机组负荷至3号机组，及时恢复了Ⅱ段厂用电供电。待1 号机组停机，做好安全措施后，经检查确认了功率柜1、2柜之间由励磁变引来的交流相间并联接线发生短路并烧断，调节柜显示屏报“1号功率柜退柜”“A、B通道故障”“SCR 柜通信故障”。经生产领导同意后值长迅速组织人员进行导线更换，并对励磁柜和风机主、备用电源回路、励磁同步脉冲信号回路全面检查，未发现异常。13:40分将1号机组开启至空转，试运行正常，13:50 向调度汇报事故情况并申请同意1号机组运行后，1号机组并网运行正常。

4 事件原因、分析及处理

4.1 1号功率柜发退柜运行的原因、分析及处理

1 号发电机励磁功率柜冷却风机主用电源为Ⅱ段厂用电，备用为励磁变电源。风机正常运行情况下主供电源K52 带电，备用电源K53 不带电，两台风机运行，当主供电源失电，主供电源监视继电器K27 发出信号输入后，通过K52、K53 可实现两路电源能相互闭锁和切换，完全达到100%的冗余效果，励磁风机控制原理如图2所示。

图2 励磁风机控制原理

当Ⅱ段厂用电（主供电源）消失，励磁风机电源因电源切换回路故障，1 号功率柜风机电源没有切换至励磁变电源（备用电源），导致风机电源消失风机停运，风机运行监视E51 闭合，发出1号功率柜“退柜”信号。经检查处理该电源切换回路之后，多次切换电源回路正常，故障消除，此过程2 号功率柜风机电源切换及风机运行均正常。

4.2 功率柜1、2柜之间由励磁变引来的交流相间并联接线发生短路并烧断原因、分析

事故发生时功率柜接线如图3所示。

图3 事故发生时功率柜接线

发电机励磁变低压侧用ZR-YJV-3＊240电缆分别接至两台功率柜，功率两柜之间交流相间设置4mm2铜芯橡胶导线的联络线，目的是其中一柜交流电源消失可确保脉冲变压器和风机备用电源变压器不会失电，励磁变低压侧至两个励磁功率柜之间采用电缆硬连接，中间无断路器等电气设备。

实际上两台励磁功率柜已在励磁变低压侧出线处已经实现并联，并不需要在功率柜间再次联接，由此线反使两柜之间再次形成并联环流通道。正常时额定负荷下，励磁输出电压195V，输出电流1185A，其视在功率231kVA，励磁变低压侧电压380V,整流转换率0.9，这样可算得励磁变向两台功率柜供电电流分别是220A。由于该联络线两端电压和电阻均等，其环流较小，约为2～3A，当发生1 号功率柜退柜使输入2 号柜的交流电流瞬间增大1 倍，此时该4mm2的联络线则相当于分流线，会产生瞬间接近200A 的环流。正常情况4mm2铜芯线最大允许载流量35～40A 左右，所以很快破坏导线绝缘层，导致相间导线击穿，发生导线短路烧断现象。这种励磁功率柜接线适用于励磁变低压侧至两个励磁功率柜之间设有断路器的情况。

4.3 处理

通过事故现象逐渐展开分析总结，由于厂用电倒换电试验时（厂用电备自投故障）→Ⅱ段厂用电消失（1号功率柜风机自动投入系统故障，备用电源未投入）→1号功率柜风机停运→1号功率柜退柜→2 号功率柜负荷增加1 倍→2 号功率柜输入电流增加1 倍→1、2 号功率柜之间的环线变分流线（严重过载）→环线瞬间过载烧坏。

针对上述情况，电站书面函告励磁制造厂家，励磁厂家回复意见是决定将柜间联络线取消。电站技术人员拆线改造后的励磁系统，通过运行观察各方面一切正常。改造后接线如图4所示。

图4 改造后接线

5 暴露的问题

对此次励磁事件的分析处理，先后发生了风机电源切换回路故障，导致其中一个功率柜退柜。而两功率柜间接线错误，最终导致两功率柜间接线短路烧坏事故。通过分析，暴露以下几个问题。

一是设计图纸审核不严格。原励磁功率柜接线适用于励磁变低压侧至两个励磁功率柜之间设有断路器的情况，也说明了部分出厂设备并没有针对性，总是千篇一律给各个电站配设备，而电站设计人员审核时候不够严格，对厂家出图并未仔细审核修改，将厂家图纸作为设计图。

二是现场施工安装和调试管理不足。在设备安装调试期间，施工人员、监理人员以及业主方均未及时发现两励磁功率柜接线设计图纸错误，调试期间没有进行励磁功率柜单通道运行试验。

三是作为新建电站运行管理方没有认真熟悉图纸，思考图纸原理，应该对两励磁功率柜之间接线方式进行思考，及时发现存在的隐患。

四是电站设备维护人员工作前事故预想和风险评估不到位。在进行厂用电切换试验前，应预先评估厂用电切换装置、励磁风机电源切换装置是否可靠，确认无疑后，才能进行切换操作。

五是电站设备维护人员对设备维护检查不到位。事故发生前，在进行厂用电倒换操作时，发生了励磁风机电源切换回路故障，说明平时设备维护检查及试验不够细致。

6 结语

安全生产是企业发展永恒的主题，是企业效益的根本体现。通过上述事故，电力设备管理工作直接影响企业安全生产，必须以科学严谨的态度来对待。作为电站发电运行管理人员，不能依赖或者完全相信设计图、竣工图，运行管理中应思考弄清设备工作原理，设计原理及功能，以便及早发现问题。对于电站负责设备故障处理的技术人员，要求各方面能力全面发展，做任何操作前，应认真分析、思考可能存在的隐患，这样操作可能导致的事故，做好事故预想和应对措施。设备管理人员加强设备的定期检查、维护、更换，及时发现故障，避免事故发生。对于电站内非正常停机及事故应作好相关记录，以便于日后总结参考。