关于水轮发电机励磁事故原因的剖析

【摘 要】针对2012年4月某水电厂2号水轮发电机组的励磁事故原因进行了系统排查和分析;该事故主要原因是励磁调节器工作电源非独立;且没有后备电源;同时，2号事故机组未能有效配置失步和采用非全相氧化锌转子过电压保护装置也是导致该事故进一步扩大的主要因素。本文就引入励磁变压器电源用于调节器电源，并优化、改善该机组转子过电压保护。

【关键词】励磁;水轮电发机;事故原因;剖析

某水电厂4台75MW立式水轮发电组，其接线方式均采用发电机―变压器组方式;且各个机组励磁系统均采用机端自并励系统;双微机型励磁调节器，供电方式为交直流双供电。采用双断口灭磁开关;配有氧化锌灭磁电阻器、转子过电压保护装置。4台机组均为双微机电液调速器;供电方式为交直流双供电。其中2号机组于2012年4月7日发生励磁事故，现就事故原因及解决方法进行逐一的浅显剖析。

1 事故发生过程

某水电厂2号机组事故发生前，其有功功率为75MW、无功功率为25Mvar;1号机组有功功率为5MW、无功功率为25 Mvar。2012年4月7日上午10时，因误操作而造成厂用电交流中断;并在6分钟之后，直流系统蓄电池因设备故障而停止供电;同时导致交直流供电中断约为1分钟左右。当交流电源恢复供电时，发生线路对侧开关后备过流保护动作跳闸现象;而1号、2号机组在发生强烈振动之后出现自动停机。事故发生后，2号机组灭磁柜内部分设备被烧毁;机组上导冷油器水管接头破损;推力油槽、发电机基础螺栓均出现部分松动现象。

2 事故原因剖析

事故发生后，组织相关人员对事故发生原因进行系统分析与排除后发现，交直流供电中断约为1分钟左右时，自动励磁调节器失去其工作电源，导致1号、2号机组失磁、失步;并造成电气失磁等一系列保护装备无法自动动作。此时，调速器则继续维持原有开度，而1、2号机组的原动力未变。由于机组的失步使之进入到异步发电运行状态，机组的转速升高之后从系统吸收了大量的无功功率，进而导致过电流。因1、2号机组原始有功出力差异而导致滑差大小不同;这也造成吸收的无功功率以及产生的异步转矩出现差异。由于，1号机组输出功率接近为零，其滑差需求量极小，很小的异步转矩就可使之进入到稳步的异步运行。但是，因吸收无功功率相对过大之后，电流远超额定负载，而导致线路对侧开关后备过流保护动作，切除了对侧线路开关;最终造成1、2号机组与系统主网解列，而形成了局部“小电网”。与此同时，由于“小电网”内两台机组异步运行初始值不同，此时的被迫同步，必然会出现机组间振荡;当交流电源恢复时，1号机组励磁迅速恢复至运行状态，而2号机组则因励磁调节器未能恢复至工作状态;此时，1号机组为了维持机端电压而提供了强励电流;最终，造成2号机组失步，造成了转子回路发生较为严重的过电压而使2号灭磁柜起火，烧毁了熔断器、转子过电压保护氧化锌电阻器等一些设备。

3 事故的防范措施

3.1 优化励磁调节器工作电源

由于原有的发电机组的励磁调节器均采用外部交直流电源，均未采用机组励磁变压器作为其后备源，这也极大地降低了励磁调节器工作电源的安全性与稳定性，该原因也是造成本次事故的主要因素。另外由于交直流电源在同一时间内短时中断是极可能发生的，如果我们仍可以在此期间内保持各个机组的稳定运行，其主要发电机组、设备等继发性事故的发生率则相对降低。倘若未能及时给予励磁变压器提供电源，则必然就会导致机组发生失磁现象，而此时直流电源尚处于故障，也就无法有效保障保护可以完成正确的动作，最终可能导致事故扩大化[1]。因此，笔者认为可以将励磁系统之中的变压器电源作为调节器工作电源，以进一步提高电源的稳定性，避免或降低事故的发生。

3.2 优化转子过电压保护

由于受国内转子过电压保护标准的影响，目前国内的转子过电压保护尚未客观考虑到非全相运行、大滑差运行等因素;这也导致一些事故多因转子过电压保护问题而导致水轮发电机组受损。笔者建议，应对转子过电压保护予以优化改造;使之在非正常情况下可以承受一定时间内的非全相运行、大滑差运行（如可设计为20秒、30秒等。）

3.3 加强对直流系统的维管工作

我们可以从该电厂此次事故中发现，该电厂直流系统蓄电池发生老化现象且防硫化回路也未正式使用。与此同时，该电厂还将原有铅酸蓄电池更换为质量较好的免维护、合密封阀控蓄电池;但是，对其的维护管理工作落实不足，导致长期未能对其进行容量校核。在此次事故发生后的排查工作中，发现蓄电池组中多个电池内阻很大，甚至个别的内阻已经接近开路;同时，还发生个别末端电池出现严重过充现象，而导致其一直处于不良的工作状态。另外，直流系统也是电力设备控制、保护的重要设备;因此，我们必须全面加强对直流系统设备的日常维护、检查、管理工作;并对蓄电池进行定期和不定期的检查、维护工作，严格做好其容量检测试验;以避免因直流失压而引发的各种生产事故。

3.4 定期对关键设备进行检查、检测

该电厂发生的励磁事故，也暴露了对一些关键设备的检查、检测不及时，导致一些元器件老化、受损等。如氧化锌电阻器对其所处的工作环境要求相对较高，高温、潮湿、灰尘等均会导致其老化加快;因此，我们应加强对氧化锌电阻器的维护、管理与检测工作。同时，还应对一些跨接器，如触发器、二极管、晶闸管等以及其回路均应进行全面的检测，以确保其可以按照正确的逻辑进行动作;采用灭磁开关辅助触点做跨接器的，我们还必须对其与主触头之间的动作灵活度、时间配合是否合理等问题进行仔细的检查、检测[2]。

综上所述，笔者针对2012年4月某水电厂2号水轮发电机组的励磁事故原因进行了系统排查和分析;并就引发该事故主要原因――励磁调节器工作电源非独立;且没有后备电源问题进行了优化改造。同时，也应从优化转子过电压保护、加强对直流系统的维管工作、定期对关键设备进行检查、检测等方面入手，全面地加强对相关设备的维管工作，以避免或降低事故的发生。

【参考文献】

[1]王忠礼，段彗达，高玉峰.Matlab应用技术在电气工程与自动化专业中的应用[M].北京：清华大学出版社，2007.

[2]孔大明，高潮，王永贵，等.水电厂发变组高压侧开关非全相故障仿真分析[J].水电自动化与大坝监测，2009，33（02）.