一起发电机励磁系统逆变失败事故的分析

邱建 辜永清 张生棚

摘 要：针对近期金安桥水电站一起发电机励磁系统逆变失败事故，文章介绍了励磁系统逆变灭磁原理及其控制，分析了逆变失败的主要原因，提出了解决方案，对其他电厂避免发生类似事件具有借鉴意义。

关键词：励磁系统;灭磁;逆变失败

中图分类号：TM622

文献标识码：A

金安桥水电站位于云南省丽江市，金沙江中段，装机容量为4×600MW，发电机励磁方式为机端自并励，静止可控硅整流方式。励磁系统采用东方电机控制设备有限公司生产的GES6630励磁系统。励磁系统一般由励磁变压器、励磁调节柜、励磁整流柜、灭磁及过电压保护柜组成。

一、灭磁概述

发电机灭磁是励磁系统的一项重要功能，是指将发电机转子磁场能量通过某种形式快速消耗掉，从而使发电机机端电压消失的过程。灭磁可分为两大类：正常停机灭磁和事故停机灭磁。

发电机正常停机时一般采用逆变灭磁，利用三相全控桥的逆变工作状态，控制角大于90°，此时励磁电源极性改变，以反电势加于励磁绕组，使励磁电流快速衰减到零。当发电机内部或电力系统发生诸如短路及接地等事故时，励磁系统收到事故跳闸命令，通过磁场断路器切断励磁电流，并通过磁场断路器常闭触头、可控硅跨接器等方式将灭磁电阻接入磁场回路，并将蓄藏在磁场绕组中的磁场能量快速消耗，避免事故扩大，其灭磁原理如图1所示。

二、事故过程

2018年1月27日金安桥水电站进行#3机组甩300MW负荷试验，试验过程中出现以下问题：①机械过速造成紧急事故停机;②紧急事故停机流程启动，监控开出励磁切除令至3号机组励磁，励磁系统在逆变过程中报出逆变失败信号，随后跳磁场开关进行灭磁，具体过程如下：

（1）3号机组带300MW负荷并网运行;

（3）2018-01-27 21：41 ：50 #3机组断路器分闸操作成功;

（3）2018-01-27 21：41：55 转速>115%Ne导叶空载以上且主配拒动，3号机组紧急事故停机操作;

（4）2018-01-27 21：41：52 #3号机组紧急事故停机操作成功;

（5）2018-01-27 21：41：55 #3機组开出励磁切除令;

（6）2018-01-27 21：42：02 3号机组励磁系统报出逆变失败信号，跳磁场开关灭磁。

三、事故分析

1.逆变失败判断逻辑

励磁调节器接收到远方开入或人机界面“励磁切除令”后，进入逆变灭磁流程，将可控硅触发角设定到逆变角（140°），同时监测机端电压。在500个程序循环周期内（11.5秒）机端电压没有降至0.05pu（5%）以下，就判断为逆变失败并向监控开出“逆变失败”信号，如图2所示。

2.人机界面录波分析

事故后，首先调取了励磁系统人机界面故障录波装置录取的波形，如图3所示。

从图3可以看出，当励磁系统收到励磁切除令后，立刻将可控硅触发角设定为140°，励磁电流迅速衰减，机端电压随之降低。由此可见，事故时励磁调节器、整流桥动作正确，没有出现调节器失控或逆变颠覆的现象。从图3也可看出，机端电压在下降到一个门槛值后相较于励磁电流下降得非常缓慢。正是由于机端电压的缓慢下降，导致励磁系统检测到的机端电压满足逆变失败的逻辑判断条件。

3.PMU数据分析

排除了励磁系统本身故障之后，现场又调取了PMU保存的数据，试图找到机端电压缓慢下降的原因，如上表所示。

由上表可以看出，从21：41：55接收到“励磁切除令”后，励磁系统进入逆变灭磁流程，励磁电压（逆变过程中应为负值，PMU显示为0）、励磁电流逐步降低，5s后，励磁电流迅速降至3%以下，此时机端电压降至13%，机组转速为0;10s后，励磁电流降至1.5%左右，此时机端电压降至8.5%，机组转速为109;11.5s后，即21：42：07时，励磁电流降至1%左右，此时机端电压为7.2%，机组转速为106;由于机端电压未降至5%以下，励磁系统判定“逆变失败”。

将发电机简化为一个有效长度为l的导体在磁感应强度为B的磁场中以速度v运动，则其感应电动势：e=Blv，由此可知，导致机端电压下降变得缓慢的原因是机组转速的升高。

四、事故结论

金安桥甩负荷试验过程中，由于主配压阀拒动进入紧急事故停机流程，励磁系统逆变灭磁过程正确，励磁电流迅速降低至接近0。由于主配压阀拒动，甩负荷机组转速升高后调速器无法对转速进行调节，从而导致机端电压没有在11.5s以内降至5%以下，而励磁系统中没有考虑机组转速升高的因素，导致“逆变失败”报出。

五、整改措施

考虑到机组转速对机端电压的影响，在逆变失败逻辑判断中引入机端电压和机组频率（转速）的比值，如图4所示。

参考文献：

[1]周 平，张李军.CAP1400核能发电机励磁系统国产化关键技术[J].东方电气评论，2016（4）：62-69.

[2]陆继明，毛承雄，范 澍，等.同步发电机微机励磁控制[M].北京：中国电力学出版社，2006.

[3]何丙茂.对同步发电机励磁系统若干问题的思考[J].电网技术，1999（3）.