蓄能机组背靠背启动时被拖动机“转子过电压”“低频过流”动作原因探讨

汪军元

(华东桐柏抽水蓄能发电有限责任公司，浙江天台317200)

1 问题提出

2011年1月25 日，某抽水蓄能电厂做定期1号机拖2号机背靠背试验时，在拖动机(2号机)、被拖动机(1号机)励磁电流开放1s内，1号机“励磁转子过电压保护动作”事故停机，上位机显示1号机转子电压最大值约为140V，远没有达到转子过电压动作值(1500V)。保护动作原因不明。

2011年3月8 日，3号机C修复役试验时，4号机拖3号机时，也出现“转子过电压”保护动作事故停机，和上次不同的是本次从励磁运行到保护动作，隔了30s，因滑环处有人监视，监视到3号机在开始拖动时曾反转。

2010年1月3 日和5月25日，某抽水蓄能电厂在3号机拖4号机背靠背试验时，被拖动机4号机均“低频过流保护”动作，从而事故停机拖动不成功。原因一直未明。

其它电厂也出现过相类似情况，原因不明。

2 原因分析

机组背靠背启动时电气回路图见图1。

2.1 被拖动机“转子过电压”动作原因分析

被拖动机“转子过电压”动作，因为多次发生，说明误发的可能性不大；且都发生在背靠背启动时的被拖动机身上，说明和背靠背启动及被拖动机有关。

机组转子电压过高，原因可能在励磁系统身上，比如励磁变二次侧交流电压太高，某种干扰致使励磁调节器发出的脉冲角度不准使整流桥输出偏大，或者可控硅性能不好，突然导通和开断时，di/dt大，而产生过电压；或是其它某个不为我们所知的地方的突变也可能产生过电压。这种可能性总是存在的，但是如果是这种原因造成转子过电压，在发电开机、发电运行、抽水运行、背靠背时的拖动机也会出现，非背靠背时的被拖动机才会出现。或许该厂出现的两次是“恰巧”在背靠背时的被拖动机，因为只有两次，这种“恰巧”也说得过去。不过，上述原因(突变除外)产生的过电压数值在监控上应观察得到，这和事实不符。

图1 机组背靠背启动时电气回路图

本人认为，问题可能出在转子身上，准确的说，是背靠背时被拖动机的转子身上，其实转子本身并没有问题，而是和这个工况有关。2011年3月8日，4号机拖3号机时，3号机在开始拖动时曾出现过反转，这使我们想到拖动机和被拖动机转速差还是很大的，可能有5%(机械保护中虽有“被拖动机1%转速超时”和“拖动机与被拖动机转速相差2%”而事故停机，但前者有6s延时，后者有2s延时，这6s和2s拖动机转速有可能上升到一个较高数值，这里取5%)，为了便于分析，我们假定这时拖动机有5%的额定转速，而被拖动机转速为0。100%转速在定子上对应100%的额定电压(18kV),那么5%的额定转速对应5%的额定电压(900V)，拖动机定子上900V电压传到被拖动机上也是900V，由于被拖动机静止(若是不是静止，有转速差效果也一样)，这时被除拖动机定子、转子相当于一个变压器，转子上将会感应出交流电压。同于定子匝数少而转子匝数多，还是个升压变压器，所以感应的电压有可能达1000V以上。感应到转子上的交流电压叠加上励磁直流电压，很有可能让直接接在励磁回路上转子过电压继电器动作(动作值1500V)。而监控上之所以观察不到转子电压增大，是因为:转子电压经过转子电压变送器，送到励磁调节器，励磁调节器的I/O模块输出到监控系统，由于转子电压变送器是直流电压变送器，不能反映交流电压分量，所以监控上看不到转子电压升高。转子过电压继电器会动作，是因为过电压继电器直接接在励磁回路，不经过电压变送器。这和事实相符。

由于背靠背时，各台机性能不一样，被拖动机出现反转也是随机的，所以背靠背转速差不一，因此背靠背启动时被拖动机“转子过电压”动作也有不确定性，这也是为什么该厂运行四、五年来背靠背启动时被拖动机“转子过电压”最近才动作原因之一。说是“之一”，可能还有其它原因。

2.2 被拖动机“低频过流”动作原因分析

机组低频过电流保护(51GL-B)保护在机组电动工况起动过程中作为发电/电动机、起动母线相间短路故障的保护。在机组电动启动转速较低时，机组差动等保护不能可靠动作，故专门设置了该保护。低频过流保护在机组开关合上后退出运行。考虑到保护处理的特殊要求，此保护采用了单独的保护装置，动作后直接出口。3号机拖4号机“低频过流”动作，原因可能有两方面:

(1)3号、4号机之间的电气轴包括3号机定子、3号机拖动刀、启动母线、4号机被拖动刀存在短路或接地，在2010年1月3日和5月25日两次“低频过流”动作时，均测过3号机定子、3号机拖动刀、启动母线、4号机被拖动刀的绝缘电阻，结果合格，所以排除了这种可能性。

(2)作为电源的拖动机(3号机)的电压与作为负荷的被拖动机(4号机)的电压差太大。在排除了原因1的情况下，原因2可能性很大。造成拖动机(3号机)与被拖动机(4号机)电压差大，又可能有下列几个原因:

1)拖动时，拖动机(3号机)励磁电流大，被拖动机(4号机)励磁电流小，实际察看两台机励磁电流大致相等，不存在这种情况；

2)拖动机(3号机)与被拖动机(4号机)转速差较大。由于两次拖动时，都是机组刚开始转动，转速不易观察到，实际数据难以取得。不过，本人认为这种情况存在的可能性很大。

造成拖动机(3号机)与被拖动机(4号机)转速差较大的原因可能有:a)被拖动机4号机阻力大；b)拖动机3号机自身机械阻力较小；c)拖动机3号机导叶开启过快；d)在拖动时，被拖动机4号机转子位置不好，造成被拖动机4号机出现反转，致使两台机转速差增大。

对于a)被拖动机4号机阻力大,虽目前停留在猜测层面上，但有下述迹象表明这种猜测有一定可能:①被拖动机4号球阀工作密封存在漏水，停机时，4号机蜗壳层漏水声音(包括导水叶漏水)比其它机组大。球阀工作密封、导叶漏水对机组抽水方向转动是个阻力；②4号机导叶空载开度比其它机组大(这个待观察)，这表明4号机自身机械阻力大。至于造成被拖动机4号机阻力大的原因，除了4号机球阀工作密封、导叶漏水大外；还可能是4号机高压注油泵油压、油量存在问题或是4号机高压注油在推力轴承里面油路不畅；或是4号机推力轴承本身问题；此外，若是4号机振动、摆度大，也可能造成4号机阻力大；机组总重也是一个可能的原因，但是这个可能性不大。

对于b)拖动机3号机自身机械阻力较小，目前尚无证据支持，不过可以通过观察导叶空载开度等方法进行确证。

对于c)拖动机3号机导叶开启过快，目前4台机导叶开启规律一样，非独3号机一个样，可以排除，但是背靠背时导叶开启规律，尤其是第一阶段开启规律如何优化，确实是一个值得探讨的问题。

对于d)在拖动时，被拖动机4号机转子位置不好，造成被拖动机4号机出现反转，致使两台机转速差增大，这种情况，以前常被我们忽视，2011年3月8日，在4号机拖3号机时观察到3号机在刚开始被拖动时出现反转的现象，这一因素应引起我们的重视。被拖动机在刚开始被拖动时出现反转，或先正转再略微反转再正转，而此时拖动机导叶“义无返顾”在开，势必造成两台机转速差增大。机械保护中虽有“被拖动机1%转速超时”和“拖动机与被拖动机转速相差2%”而事故停机，但前者有6s延时，后者有2s延时，这6s和2s拖动机转速有可能上升到一个较高数值，而被拖动机未转或反转，这么高的转速差极可能使电压差大，“低频过流动作”。

3 结语

上述分析仅是一家之言，正确与否有待进一步探讨和验证。由于多个抽水蓄能电厂也曾发生过类似情况，且原因不明，没有定论，在此提出个人看法，仅供大家参考，以找到真正的原因。

对于低频过流保护动作原因，为了最终确定3号机拖4号机“低频过流”动作的原因，建议做以下工作:

(1)多做背靠背试验，尤其是3号机拖4号机，观察被拖动机反转情况。当然这有随机性。

(2)记录、比较4台机导叶空载开度、4台机振动、摆度，从一个侧面确定4台机(尤其是4号机、3号机)启动时阻力情况。

(3)优化4台机(尤其是3号机)背靠背时导叶开启规律。

(4)跟踪4号机球阀工作密封、导叶漏水量、高压注油泵、推力轴承情况。