摘要：励磁系统是供给发电机励磁电流，使发电机电磁感应发出交流电的装置，它在发电厂的重要地位不言而喻，发电机失磁是发电机常见的故障形式，特别是大型发电机组，励磁系统环节较多，因而增加了发电机失磁的几率。发电机失磁后，对电力系统影响极大，它可能导致电力系统电压突变，引起震荡甩掉大量负荷，甚至电网崩溃，对于发电机本身而言，可能失去同步，产生过电流，使发电机定转子过热，严重威胁发电机的安全。因此发电机失磁后，应能及时准确的分析出来，加以处理。本文结合某水电厂一起励磁系统故障引起的跳闸事件进行分析。
关键词：失磁保护运行分析
一、简介
某水电厂原使用哈尔滨电机厂生产的MIC2000 型调节器，此调解器内部CPU 发热量大，易因温度过高而死机，曾出现过两套调节器同时死机，导致机组跳闸的事件；因此借组检修期间将三台机组励磁调节器更换为国电南自PSVR 100 型调节器，此类型调节器由双套励磁调节装置和各自完全独立的输入输出通道构成两个自动调节通道（AVR）和内含两个或一个手动通道（FCR）。正常情况下一个通道工作，另一个处于热备用状态，彼此之间用通讯或系统计算方式实现跟踪功能，当工作通道故障时，备用通道自动无扰动接替故障通道工作。其功能满足安全稳定运行的要求，但由于施工过程中监督不到位，加之机组振动导致了此次跳闸事件的发生。
某年04月09日08时10分32秒，3号发电机失磁保护动作，3号发电机出口031断路器跳闸，3号发电机事故停机。
二、事件经过
某年4月9日08时10分32秒，监控系统报3号发电机失磁保护动作，3号发电机出口031断路器跳闸，3号机组事故停机，甩负荷66MW，现场运行人员及时汇报集控。
三、检查
1、保护动作后现场检查，两套发电机保护均报“发电机低励失
磁保护一段动作”，动作时间均为08时10分32秒。动作报告上的线电压线电流摘如下图：
2、根据失磁保护动作时间，查询励磁调节器故障信息。发现失磁前，励磁调节器柜A套控制器由于脉冲角故障，切换到了B套控制器运行，随后B套控制器报脉冲角故障，励磁调节器退出运行。
3、检查监控LCU至调速器电调柜开入、及监控LCU至励磁调节器开入，发现存在24V公共端并用，R2-3号继电器与R1-16号的公共端有短接线R2-3-24和R1-16-14），此处分别是监控LCU通过继电器开出至励磁调节柜和调试器电调柜的控制回路，至调速器电调柜是电缆FB4022（包含开机令、停机令、增减有功等监控开出指令），至励磁调节柜是电缆FB4061（包含有功调节闭锁PSS、恒无功选择、恒功率因数选择、自动启励、增减磁、开机令、停机令等监控开出指令）。
4、检查调速器电调柜，发现综合电源板的24V发光二极管不亮，测量无电压，拆卸电源模块发现背板存在跳线，发现该24V输出的背板焊点存在跳线，且对端存在虚焊已脱落，跳线的脱落位与AC220V整流后的焊点有强烈烧灼痕迹。
5、检查经拆开检查两套励磁调节器脉冲板，发现A套一块芯片崩裂，B套烧毁严重，如下图：
（A套脉冲板） （B套脉冲板）
四、分析处理及防范措施
4.1、分析
1、发电机失磁保护原理：
发电机机端测量阻抗，失磁前位于阻抗平面R-X坐标第一象限，失磁后测量阻抗的轨迹沿着等有功阻抗圆[其圆心坐标为（U2x/2P，jXs），半径为U2x/2P]进入第四象限。当进入第四象限和静稳定极限阻抗圆[其圆心坐标为（0，j（Xs-Xd）P2），半径为（Xs+Xd）P2]相交时，此时发电机电动势与系统电压间的夹角δ=90°，发电机临界失步。当进入静稳定极限阻抗圆内时即可判断发电机进入失磁后的失步状态（如图）：
图中：Us为系统电压；Xd为发电机的同步电抗；Xs为发电机与系统间的联系电抗。依据发电机失磁后机端测量阻抗的变化，可以采用最大灵敏角为-90°、具有偏移阻抗特性元件反应失磁故障。为躲开振荡的影响及考虑到保护在不同的滑差下异步运行时能可靠动作，将静稳定极限阻抗圆的圆心坐标沿-jX轴适当下移。WFB-801型发电机保护装置失磁保护由机端测量阻抗判据、转子低电压判据、定子电流判据构成。机端测量阻抗判据采用静稳定极限阻抗圆（即静稳边界判据）转子低电压判据满足时发失磁信号，并输出切换励磁命令。此判据可以预测发电机是否因失磁而失去稳定，从而在发电机尚未失去稳定之前及早地采取措施（切换励磁等），防止事故的扩大。转子低电压判据满足并且静稳边界判据满足，经与门2电路发出失稳信号。此信号表明发电机由失磁导致失去了静稳。当转子低电压判据在失磁中拒动（如转子电压检测点到转子绕组之间发生开路时）失稳信号，由静稳边界判据产生，当失稳信号发出后，立即经过一个短延时发跳闸命令。
2、根据报告显示，AB线电压为78.8V小于定值85V∠311，AB电流2.03A∠359，经计算阻抗（AB线电压/AB线电流=阻抗38.81∠-48），结合失磁保护动作原理分析，此时发电机已落于静稳态圆内，失磁一段动作，动作时间1501ms，跳开发电机出口断路器，失磁保护动作正确。
3、根据检查过程，发现调速器综合电源模块的24V模块故障，由于24V跳线存在虚焊，脱落后与AC220V整流输出发生触碰。从而导致AC220V串入24V公共端，由于调速器柜的24V公共端与励磁调节器柜24V公共端在监控LCUＡ 3柜存在公共部分，所以AC220V通过故障后调速器综合电源模块串入到励磁调节柜的24V回路，导致励磁调节器柜的脉冲板芯片烧毁，从而引起励磁调节器退出运行，发电机失磁。
4、综上分析可以得出跳闸前调节器A套脉冲运行，但由于调速器与励磁系统24V电源公用公共端，且调速器电源板跳线存在虚焊，因此当开机并网后运行于机组振动区时，虚焊的的跳线脱落与AC220V电源发生触碰，使220V电源串入励磁调节器24V电源，大电流使A套调节器芯片崩坏，引起调节器故障，调节器根据自身逻辑自动切换至B套运行，B套也因大电流而烧毁，A、B套同时故障，导致此次跳闸事件的发生。
4.2处理
1、将监控LCU开出与励磁调节柜开入的公共部分解除（R2-3-24和R1-16-14），将励磁调节柜、调速器电调柜的24V公共端相互测量及对地测量绝缘，绝缘均大于50MΩ，符合标准。
2、更换励磁调节柜A、B套控制器的脉冲板，并进行交流采样及小电流闭环测试，均正常；开入、开出功能测试正常；调节器上电后各电源指示正常，检查调节器人机界面无报警信号，各项参数无改动均与定值一致。
3、更换调速器电调柜综合电源板后，给调速器电调柜上电，发现触摸屏无网频信号，并有网频故障报警，更换测频板后（测频板使用的24V就是故障的24V模块输出），网频故障告警信号消失，触摸屏显示网频50.03Hz，调速器无其他故障信号。
4、完成以上措施后，先进行发电机空转试验，调速器电调柜频率跟踪正确，随后向调度申请进行零起升压试验，励磁建压过程正常，满足并网条件。
4.3防范措施
1、根据四不放过原则，即“事故原因不清不放过，事故责任人和应受教育者未受教育不放过，未采取防范措施不放过，事故责任者未受处罚不放过”考核相关教育相关责任人。
2、将3号机励磁调节柜与监控LCU盘柜及调试器电调柜的24V公共端拆除，并进行公共端对地绝缘检查，测量绝缘大于50MΩ，符合使用要求，同时针对其他两台机组励磁调节柜与监控LCU盘柜及调试器电调柜的公共端共享24V电源的情况进行改造，重新接入单独的24V电源，防止类似事件的发生。
3、更换3号机组调速器综合电源模块及测频模块，并作下一步的备件准备。同时检查其他机组调速器综合电源模块是否存在相应跳线虚焊的情况。
4、更换励磁调节器脉冲板，并进行开入开出测试（在调节柜模拟电压输入量，开反馈），及小电流闭环测试（短接可控硅输出回路，模拟机组发电态，即相当于灭磁开关合闸，测量电流），两个测试均正常。
5、根据改造及时更新图纸，对运行人员做好技术交代，同时加强新励磁调节器说明书的学习。
6、完善管理机制、对所有技改施工项目都要求有详细的施工方案，方案要求公司总工签字批准，方可执行，开工前办理工作票，施工过程中要求专业点检员全程监视，工作结束必须经过三级验收，且公司总工签字后方可上电投运。
五、结束语
此次事件为发电机常见的失磁保护动作事件，但由于有一定的人为因素，跟日常运行工作有很大的关系，所以针对此次事件进行分析，以达到教育自己，警示他人的目的。
论文作者:李升葵,查力嶂
论文发表刊物:《电力设备》2017年第24期
论文发表时间:2017/12/30
标签：发电机论文; 调速器论文; 调节器论文; 励磁论文; 判据论文; 阻抗论文; 故障论文; 《电力设备》2017年第24期论文;