励磁系统故障导致发电机定子过负荷跳闸原因分析

时间：2024-07-28

陈剑杨

(广东省粤电集团有限公司粤连电厂，广东连州 513400)

0 引言

某电厂共有4台机组，一期#1，#2机组发电机为125MW汽轮发电机，二期#3，#4机组发电机为135 MW汽轮发电机，均为上海汽轮发电机公司生产的双水内冷发电机，#3机组于2003年投运。2011－05－28，由于励磁调节器中的同步变压器故障，导致#3机组发电机失磁，吸收系统无功功率，引起发电机定子过负荷保护动作，机组跳闸并与系统解列。

1 事故经过

2011－05－27，一期#1，#2机组停机检修，二期#3，#4发电机连接于220kV母线正常运行。#3机组发电机正常运行，定子电压:A相15.93 kV，B相15.97 kV，C相16.00 kV;定子电流:A相4730.0 A，B相4 830.0 A，C相4 730.0 A;有功功率130.00 MW，无功功率16.00 MV·A;励磁电压190 V，励磁电流1235.0 A。

2011－05－27 T 23:36，#3机组发电机机端电压由15.80kV突升至16.72kV，定子电流由4400.0 A突升至4 700.0 A，无功功率由2.13 MV·A突升至81.24 MV·A(额定无功功率为83.67 MV·A)，励磁电压由170V突升至268V，励磁电流由1123.0 A突升至1578.0 A，厂用6 kV母线电压由6.47 kV突升至6.90 kV。运行人员检查发现，#3机组发电机励磁调节器A主B从运行，A，B套励磁调节器触发角分别为108°和80°，其他参数无异常;阳极电压表指示0.30 kV(正常为0.55 kV);测量励磁调节器中同步变压器输入电压，Uab=550 V，Ubc=548 V，Uca=549 V，输出电压 Uab=85 V，Ubc=136 V，Uca=76 V;输出电压，A相对地38 V，B相对地67 V，C相对地65 V。检修人员认为，#3机组励磁调节器同步变压器A相输出故障引起励磁系统参数异常，同步变压器Ubc电压正常(A套调节器采用同步变压器电压为Uab，B套调节器采用的同步变压器电压为Ubc)，A套调节器触发角漂移严重，B套调节器各参数正常。因此，将#3发电机励磁调节器切至B套运行。

2011－05－28 T 20:17，#3机组警铃、事故喇叭响，机组控制 (BTG)盘亮“失磁解列、失磁切厂用电、失磁减出力、定子过负荷、断路器故障跳闸”光字牌，#3机组发电机与系统解列、联动汽轮机跳闸、锅炉主燃料跳闸(MFT)。

2 处理过程

20:29，根据#3机组发电机跳闸保护动作情况，认为是#3机组发电机励磁调节器同步变压器出现两相故障引起，无备品更换，#3机组停机处理。

22:35，检修人员通过分析发电机励磁调节器厂家设计图纸，发现发电机励磁调节器同步变压器二次侧均接至调节器接口板输入端子上，二期发电机调节器接口板比一期发电机调节器接口板多1个200/24的中间变压器，即一期、二期发电机励磁调节器接入的同步电压最终均为24V。咨询厂家技术人员:可否将一期发电机(停机检修)励磁调节器550/24同步变压器拆至#3机组发电机励磁调节器，同时取消#3机组发电机励磁调节器接口板上的200/24的中间变压器，将中间变压器的原边及副边短接。生产厂家有关人员答复为理论上可行，但没有实践经验，建议更换同步变压器后，在开机升至空载额定电压时，检查A，B套调节器参数，如触发角能正常跟踪，则调节器可正常运行。拆下#2机组发电机(停机检修)励磁调节器同步变压器后做变比试验，确定变化为600/150后，更换到#3机组发电机，并调整励磁调节器接口板接线。

2011－05－29 T 04:33，将#3机组发电机升压至额定值后检查定子三相电流，电流接近于零，定子三相电压平衡，转子空载电流、电压及A，B套励磁调节器参数均符合要求，#3机组发电机A，B套励磁调节器主、从切换正常;测量励磁调节器同步变压器一次、二次电压正常(一次电压550 V、二次电压137 V)，将#3机组发电机与系统自动准同期并列。至此，#3机组发电机恢复正常运行。

3 原因分析

(1)查#3机组发电机的热工分散控制系统(DCS)报警记录及趋势曲线记录。

2011－05－28 T 20:17:16，DCS上发出“欠励动作、定子过流”报警信号;发电机无功功率由16.00 MV·A下降至－30.81 MV·A，向系统吸收无功功率;励磁电流由1 235.0 A下降至877.6 A。说明#3机组发电机励磁调节器同步变压器故障开始恶化，励磁调节器已不能正常工作，发电机开始进入失磁状态。

20:17:17，发电机定子电流由4 700.0 A升至6700.0 A(额定值为5822.0 A);发电机定子电压由15.91 kV下降至13.98 kV，最低降至8.87 kV;发电机无功功率降至－77.4 MV·A，最大吸收无功功率达到－185.4 MV·A;有功负荷出现剧烈摆动，最高瞬时值达到196.8 MW(根据当时的发电机定子电流及定子电压计算，此时的有功功率并不是真实值，检修人员分析认为是DCS瞬时采样的发电机定子电压与定子电流不在同一时刻造成)，最低65 MW;发电机定子电流最高达到7100.0 A，为额定电流的1.2倍;20 kV母线最低由235.2 kV电压降至221.8 kV;厂用6 kV A，B段母线电压最低分别降至3.48和3.47 kV，#3机组运行辅机出现过流。

20:17:35，#3机组发电机定子过负荷保护动作跳闸，#3机组发电机变压器组出口开关及灭磁开关跳闸，汽轮机联跳，锅炉MFT，失磁持续时间为19 s。

(2)查#3机组发电机保护柜内保护动作信号。A1柜保护显示为:减出力、定子过负荷、定子过负荷I段、定子过负荷反时限、逆无功;A2柜保护显示为:短路后备1、失磁1。从保护柜内保护动作情况看，失磁保护T1动作，发出了减出力信号，但T2，T3保护并未达到时限动作;动作的保护为定子过负荷保护。

(3)查#3机组发电机变压器组故障录波器，#3机组发电机变压器组保护动作信号显示为:定子过负荷保护动作。

(4)对更换下来的#3机组励磁调节器同步变压器进行检测，二次侧Ucb无电压输出，确认同步变压器损坏。

(5)查生产厂家设计图纸得知，#3，#4机组发电机励磁调节器同步变压器为三相式，变比为800/200。#1，#2机组发电机同步变压器为单相式，变比为550/24，不能通用。同时，现场检查#1机组发电机励磁调节器同步变压器及一期仓库备品铭牌上标识，变比均为550/24。因此，检修人员判断#2机组发电机励磁调节器同步变压器变比也是550/24。在后来的事故处理中，对拆下的#2机组发电机励磁调节器同步变压器做变比试验，发现实际变比与设计图纸及班组现有备品变比不符。到该变压器厂家网站查询发现，#2机组发电机励磁调节器该型号同步变压器的实际变比为600/150。

4 暴露的问题

(1)#3机组发电机励磁调节器同步变压器两相输出电压异常，励磁调节器失去同步信号无法正常工作，导致励磁调节器无输出，引起#2机组发电机失磁，机端电压严重下降，大量吸收系统无功功率并发展为发电机失步振荡，最终导致#3机组发电机定子过负荷保护动作，这是造成此次#3机组发电机跳闸的直接原因。

(2)检修人员在#3机组发电机励磁调节器同步变压器A相出现故障后，在仓库没有备品的情况下，只核对了#1机组发电机励磁调节器同步变压器(不能更换)，而未认真核对#2机组发电机励磁调节器同步变压器，便主观地认为:一期发电机励磁调节器的同步变压器均不适用于#3机组发电机励磁系统，只有购买备品才能更换。导致#3机组发电机励磁调节器同步变压器故障在运行中恶化，这是造成此次#3机组发电机在运行中发生跳闸事故的原因之一。