330MW汽轮发电机自并励励磁系统事故引发的探讨

【摘要】本文主要通过对大唐鲁北发电有限责任公司汽轮发电机机组自并励励磁系统事故进行了叙述并对此次事故的原因做了详细的分析。通过此次事故分析，讨论了自并励磁方式工作原理和其优缺点，以及该方式的励磁系统保护的不足之处和解决方法，使得发电机机组自并励励磁系统更加完善，为发电机安全稳定运行提供必要保证。

【关键词】汽轮发电机；自并励磁方式；安全稳定；保护

引言

大唐鲁北发电有限责任公司一期工程#2机组发电机系北京汽轮电机有限责任公司设计制造的氢冷却方式的发电机；励磁系统采用北京汽轮电机有限责任公司配套生产自并励励磁系统，其自动调节及保护系统为北京吉思电气有限公司的GEC-300微机励磁调节系统。

1、故障分析及处理方案

1.1大唐鲁北发电有限公司2号机于2009年12月10日并网进入168试运行。2009年12月10日23时左右，运行人员发现机组电压、无功和调节器励磁电流大幅振荡。故障前后2号机相关数据见下表：

发现故障后，现场运行人员马上减负荷，但仍然无法消除振荡，5分钟后，运行人员打闸停机。

1.2故障处理过程

事发后经过检查发现灭磁电阻严重损坏，16个组件中已有三个被击穿。12月12日更换了A、B套控制器的CPU插件和PT/CT转换插件并对设备进行了详细的检查：包括功率柜整组试验、设备接地系统检查、设备CAN通信系统检查、控制器的单元特性进行了详细的检查，未发现异常。

12月13日更换了损坏的灭磁组件，并对灭磁组件进行了测试，结果符合设计要求；对调节器A/B套控制板、交流板进行了更换；同时将3个整流柜的软件进行了升级，再出现类似问题可以自动退出故障整流柜，不会产生振荡；励磁系统满足再次投运的要求。机组于12月13日晚完成开机测试进入168试运行。

在开机测试中发现3号功率柜控制板模拟量采样有波动，于是更换了新的控制板，但更换后发现励磁电流采样通道存在异常。当机端电压大于87%后，功率柜未投入的情况下，励磁电流采样仍然有0.300左右（对应700多安培）；投入功率柜后，现像依然存在。14日下午，将2个同步变压器铁芯接地后，采样异常问题消除。

1.3原因分析及处理措施

从调节器录制故障波形、监控系统波形等分析，可以确定是由于励磁系统中整流柜控制软件部分失控导致机组振荡。3号整流柜因在13日开机过程中出现采样异常，3号柜出现问题的概率较大，因此对3#号柜进行了详尽的检查和处理。

经模拟，在整流柜控制板采样出现极端数据的情况下，数据溢出可能导致Uc数据变化，从而导致该整流柜输出上下大幅波动，而调节器控制另两个整流柜维持当前工况，因此引起机组参数的大幅振荡。

该故障工况需要在整流柜内绝缘有薄弱点、柜内抗干扰措施有遗漏点等情况才可能出现，目前通过更新IPU软件，可以在某个整流柜出现该问题时将该整流柜切除，从而避免出现该故障扩大化、避免停机事故。

在更新IPU软件，对整流柜绝缘、抗干扰进行检查和加强后，励磁系统可以保证长期连续运行。

2、自并励磁系统的工作原理及优缺点

2.1自并励磁工作原理

采用的励磁方式为静止励磁方式，即自并励励磁方式。它是通过专用的励磁变压器取发电机出口电压作电源，经过静止的可控硅的整流后送至发电机转子。这种励磁方式通过微机励磁控制自动调节可控硅导通角，使发电机机端电压维持在给定值范围内。

2.2自并励磁系统优缺点

由于微机励磁控制器的大部分控制功能由软件实现，有着结构简单，软件丰富，功能强，性能好操作方便等优点，适应性强，针对不同的励磁系统，仅修改软件即可使用，参数可在线整定有很强的针对性等优点；但同样存在着抗干扰性差等缺点，微机励磁控制器的机端电压采样是通过同步变互感器信号传入的，一旦同步变互感器信号受到干扰或不准确，都会引起控制器误发指令，从而为该电厂此次事故埋下了隐患。

3、自并励励磁系统存在的问题及保护方法

为了保证励磁系统能够安全稳定可靠的投入运行，励磁装置内部配有许多保护，如：强励动作、过励保护、欠励保护、过电压保护、V/f限制、定子过流等保护，但以上保护远不能满足电力系统安全稳定运行的要求，所以增加设计了如下保护：

（1）增加电力系统稳定器（PSS） 自并励励磁系统可有效的提高电力系统电压水平，当电力系统大量采用该励磁方式时，会降低电力系统的阻尼特性，导致低频振荡时电力系统运行不稳定，但投入PSS后会提高功率阻尼系数，振荡时使转子阻尼达到理想数值，从而提高电力系统运行的稳定性。

（2）励磁电流回路的保护 自并励励磁方式通过微机励磁控制自动调节可控硅导通角，使发电机机端电压维持在给定值范围内，从而控制发电机无功功率和电压，调节可控硅导通角也即改变励磁电流大小。当发电机励磁系统在额定工况或强励工况下运行时，励磁电流比较大，此时由于故障或人为意外因数导致励磁回路断开，此时电磁自动力矩突然消失，汽轮机在强大的机械力矩下飞速上升旋转，若该机组主变高压侧开关未能及时跳开，导致发电机定子从电网中吸收大量无功来建立旋转磁场，切割转子绕组，从而产生巨大的电流，使转子过热烧毁，致使机组强烈振动危机设备人身安全。若在强励磁电流运行时，突然断开励磁回路亦会产生强烈的拉弧现象，有可能烧毁氧化锌灭磁电阻，从而为该电厂此次事故16个组件中已有三个灭磁电阻被击穿埋下了隐患。因此在励磁系统保护中增加了灭磁开关联跳发电机并网开关的逻辑保护功能。

4、结语

随着电力系统的不断完善和发展，励磁系统也在不断的更新和改进，越来越多的机组使用自并励励磁方式，无疑该方式系统的优点是显而易见的，但其抗干扰性差的特点是其不足之处，须在今后的装置研发中有待改进和完善。相信自并励励磁方式的励磁系统的功能会更加的强大和完善。

参考文献

[1]李福龙.GEC-300微机控制系统用户手册[Z].北京：吉思电气有限公司，2005

[2]戚永康.大型汽轮发电机自并励静止励磁系统技术条件[S].北京：中国电力出版社，1998

[3]丁尔谋.发电厂励磁调节[M].北京：中国电力出版社，1997

作者简介

何俊，男，1981年11月，本科，工程师，从事电力系统及其自动化专业，深圳。