大型发电机励磁升压过程中发生逆功率保护告警分析对策

刘宝华，王福才，司红代，杨洪亮

(1.辽宁调兵山煤矸石发电有限责任公司，辽宁调兵山112700;2.沈阳工程学院新能源学院，辽宁 沈阳110136)

1 概述

调兵山煤矸石电厂装机容量2×300 MW汽轮发电机组于2009年12月投产发电，发变组采用单元接线方式，主接线为双母线方式.励磁方式为机端自并励静止励磁方式，励磁装置采用南京南瑞公司生产的NES5100系统.发变组保护采用国电南自公司生产的DGT801系列微机保护，每台机组共3块屏，符合保护双重化要求，A柜为发变组第一套电气量保护，B柜为发变组第二套电气量保护，C柜为发变组非电气量保护，D屏为辅助继电器屏.

2 故障现象

2013年10月8日6时18分，1#发电机在励磁升压的过程中出现下列异常现象:①集控室运行人员合上灭磁开关，执行自动建压，在建压过程中定子电流指示:A相3 005 A、B相2 800 A、C相2 850 A，转子电压最大升至382 V，电流2 286 A，DCS“励磁功率柜故障”、“1#发电机逆功率保护 t1”告警;②在励磁间发现，建压过程中励磁调节器屏报“1#、3#功率柜故障”，就地检查1#、3#励磁整流柜冷却风扇跳闸，冷却风机热偶继电器动作，手动复归后，励磁整流柜冷却风扇启动运行正常，点击励磁调节系统“逆变”按钮，拉开灭磁开关，进行全面检查;③在继保间发变组保护A、B屏显示，发电机定子电流突升到几千A，此时发变组出口高压侧开关在分位.在建压过程中机端电压二次值达到60 V左右，先后报“差流越限”、“1#发电机逆功率保护t1”告警，通过观察录波波形发现:建压过程中发电机机端有电流且波形不规则，建压过程中励磁变高压侧电流波形不规则且A相电流值偏大，如图1所示;④在1#励磁变附近发现有轻微的绝缘漆过热气味;⑤经测量发电机定子绝缘良好.

经检查后判断:①1#、3#功率柜风机未启动的原因是热偶继电器动作，经检查电机及电源电压均正常，热偶继电器复位后，风机启动正常，热偶继电器动作原因未清.②根据南瑞励磁系统说明书确认不管励磁功率柜风机是否启动，励磁功率柜在建压过程中都会正常输出，晶闸管不会出现封脉冲现象.也就是说3台功率柜在建压过程中均工作正常，随后对励磁系统进行全面检查未发现异常，由此排除发电机励磁系统本身因素.

图1 建压过程中发电机机端和励磁变高压侧电流

图2 发电机励磁升压产生定子电流故障波形

3 原因分析

发电机并网前出现较大定子电流的情况主要分3种:①发电机过电压导致的主变、高厂变、励磁变过激磁，变压器工作磁密不断升高直到饱和，铁损急剧增加，漏磁增强也会在铁芯表面和其他磁性材料中引起涡流损耗，发电机定子电流增加.这种情况有个前提就是电压测量回路存在故障，无法反映机端实际电压，电压升高到一定程度时会有保护报警或跳灭磁开关.②变压器做完直流电阻试验没有去磁，使变压器铁芯存在比较严重的剩磁，这种剩磁不会自动消失.剩磁和发电机励磁叠加，导致铁芯励磁在磁场方向一致的半波饱和，另一半波不饱和，动态地改变等效电路电感参数，引起绕组电压跃变，变压器过电压、过激磁，此后原理与第一种情况相同.这种情况都发生在变压器检修、试验、改造或励磁系统改造之后.③一次回路故障，如定子、高厂变、励磁变、主变有短路，这种故障不会自动消失，属于永久故障，故障同时会伴有烧损、冒烟、异味等较为明显的现象.在随后进行的发电机本体检查中，没有发现短路等异常现象，经测量发电机定子、转子均无异常，主变压器绝缘良好.

大唐宁夏发电公司、韩城第二发电公司600 MW机组发电机在启动过程中多次出现定子电流大的现象，均为测量主变压器绕组直流电阻后，主变压器会发生磁化并产生剩磁现象.若没消除剩磁即启动发电机组，会造成定子电流异常增大，与调兵山厂现象类似.通过上述分析，调兵山厂在2013年9月24日1#发变组电气一次检修时，对主变、高厂变、励磁变进行电气预防性试验，其中试验项目之一就有直流电阻试验.变压器做完直流电阻试验没有消磁，使得变压器铁芯存在比较严重的剩磁.当发变组进行零起升压或变压器空载合闸时，1#发电机在励磁升压过程中会出现较大定子电流.有功功率为负值，造成“1#发电机逆功率保护t1”告警，所以调兵山厂属于第二种情况.在把1#励磁调节器采集的故障波形发给南瑞厂家后，此观点也得到了证实.

4 整改对策

为了避免再次发生类似故障，规定机组在大修或者停备过程中进行变压器电气预防性试验项目(如直流电阻试验)后，发电机励磁升压要选择零起升压方式，步骤如下.

1)锅炉点火，汽机凝汽系统抽真空，发电机及励磁系统转为热备用.

2)汽机冲转，检查发电机保护均已投运，励磁功率柜投运.

3)变压器保护必须完整并可靠投入，中性点必须接地.

4)发电机起励升压前应合上主变220 kV甲(乙)母线隔离开关.

5)升压前应调出有关DCS画面，确认相关断路器、隔离开关的状态符合要求.

6)汽轮机3 000转定速，合上灭磁开关.

7)调节励磁系统，发电机开始零起升压，升压过程中定子三相电压应平衡上升，三相电流为零，在发电机定子电压为额定值的50%及全电压情况下，应测量到定子三相电压平衡.

8)零起升压速率不要过快，在50%额定电压处应做停留，无问题后再将发电机定子电压升至额定电压.

9)调节器升压至空载输出值时，核对发电机定子电压在额定值位置，并记录调节器电流、电压值.

10)发电机升压过程中，如发现定子电流增大或可控硅全导通导致定子电压失控时，应立即对发电机进行灭磁.

11)发电机并网后，首先应增加部分无功(一般约5 MVar左右)，观察三相定子电流是否平衡，并通过相关信号综合分析，确证发变组出口断路器三相均合闸良好.

5 结语

发电机启动过程中定子电流异常增大，不进行认真分析、检查，将会影响机组启动的顺利进行，甚至会掩盖发电机本体缺陷.因此，在变压器测量直流电阻后，必须进行相应的消磁.比较常用的消磁方法如在主变压器高压绕组中依次改变极性、数值逐渐减小的直流电流去磁，是很不方便的.对于大型发电机组来说，目前均采用发变组出口高压侧开关并列的接线方式，因为采取了发电机励磁零起升压后并网的方式，在发电机升压过程中，已经是对变压器进行了去磁和对磁势的抵消，不存在剩磁问题，从而避免了发变组因剩磁导致发变组保护动作现象的发生.同时在发变组零起升压过程中，应注意升压励磁电流变化情况是否正常，否则应及时停止发电机励磁升压，查明原因，防止出现扩大性事故，保证发变组顺利并网.

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