一起发电机失磁保护动作跳闸事故原因分析

陈国雄

（中海油惠州石化有限公司，广东 惠州 516081）

0 引 言

发电机失磁故障是指发电机的励磁由于转子绕组故障、励磁机故障、自动灭磁开关误跳闸、半导体励磁系统中某些元件损坏或回路发生故障及误操作等原因突然全部消失或者部分消失的情况。

主要表现形式有：（1）励磁绕组直接短路或经励磁电机电枢绕组闭路；（2）励磁绕组开路；（3）励磁绕组经灭磁电阻短接；（4）励磁绕组经整流器闭合（交流电源消失）[1-3]。

某公司3#凝气发电机组是12 MW的发电机，采用自并励静止可控硅励磁系统（见图1），配备A、B两套SAVR-2000励磁调节器，配置两个独立的保护装置RCS-985RS和RCS-985SS，每个装置均有独立的出口跳闸回路，两套保护装置具体投入的保护功能如表1所示。

表1 保护功能配置表

1 事故分析

1.1 事故经过

3#凝气发电机组事故前励磁方式是A套励磁调节器正常工作，7月22日凌晨约2时30分运行人员中控发现此发电机组功率因数由0.8突然下降至0.4，后台监控系统增、减磁无效后，运行人员和维保人员前往现场检查，励磁调节器器依旧是A套工作，并未自动切换至B套，SAVR-2000励磁调节器就地进行增、减磁同样无效，SAVR-2000监控画面显示有功6 100 kW，无功-10 920 kvar，机端电压9.53 kV，给定电压为10.21 kV，转子电流2.82 A，给定电流为54.99 A，检查发电机保护装置RCS-985SS上有显示“失磁保护报警”，检查过程中3时14分3#发电机跳闸。

1.2 保护动作情况分析

表2为失磁保护定值表。

通过表2结合RCS-985SS保护装置功能设置，可以画出3#发电机Ⅲ段失磁保护出口逻辑，如图1所示。

通过失磁保护出口逻辑图结合事故现场现象可以分析出，发电机失磁后定子阻抗元件检测到失磁情况，失磁保护Ⅰ段发报警信号，保护装置RCS-985SS正确报“失磁保护报警”。

此时机端电压9.53 kV，给定电压10.21 kV，则9.53/10.21×100%=93%，即换算出来是93 V，大于低电压85 V整定值，低电压元件不动作，因此失磁保护Ⅱ段不满足出口跳闸逻辑，不动作。

发电机失磁后定子阻抗元件检测到失磁情况后，失磁保护Ⅲ段开始启动，经过长延时3 000 s（50 min），失磁保护三段正确动作跳闸。

由此分析可知，3#凝气发电机失磁保护动作正确、可靠。

表2 失磁保护定值

1.3 事故原因分析

3#发电机停机后检查发现，发电机汽端碳刷存在异常情况，其中3#发电机汽端总共有4组碳刷，其中一组碳刷刷架变形，碳刷偏离滑环，其他三组碳刷均悬空，未接触到滑环。

同时，查阅故障录波装置，查看故障录波装置启动情况如图2所示。

通过3#发电机失磁故障触发所得的故障录波图，从故障录波装置故障信息列表中可以查出，3#发电机从1时31分开始发电机励磁系统便开始出现故障，表现为励磁电流短暂下降后迅速恢复，到2时15分3#发电机彻底失磁，失磁持续到3时05分即持续失磁50 min后3#发电机失磁保护Ⅲ段动作跳闸。（故障录波装置时间与实际时间有大约十分钟误差）

故障录波图2（a）、图2（b）是选取故障信息列表中1时31分到2时15分之间的故障录波波形图中的两张，从图中可以看到发电机励磁电流突然减小又恢复到正常值，直到故障录波图2（c），即2时15分的故障录波图，可以看到此时发电机彻底失磁，励磁电流减小到接近0。

图1 失磁保护出口逻辑

图2 故障录波图

通过对发电机励磁回路检查及故障录波分析，可以得出此次发电机跳闸前发电机汽端四组碳刷其中一组已错位未发挥作用，另外两组碳刷因磨损过度而悬空未发挥作用，仅剩的一组碳刷在正常工作，当仅剩的一组碳刷逐渐磨损到失效边缘，开始出现短暂的励磁电流迅速减小又恢复正常，此过程持续了45 min左右，此励磁碳刷过短悬空彻底失去作用，发电机失磁保护Ⅰ段动作报警，50 min后发电机失磁保护Ⅲ段动作跳闸。

分析可以得出3#凝气发电机失磁的主要原因是励磁回路开路导致。

2 问题及整改措施

2.1 暴露出的问题

此次3#凝气发电机失磁保护Ⅲ段动作跳闸暴露出来的问题主要有2个。

（1）发电机日常运行、维护工作未做到位，未能在日常的巡检中及时发现发电机励磁碳刷出现的刷架变形、碳刷磨损过度的问题。

（2）发电机事故处理经验不足，发电机失磁动作后未迅速判断出失磁原因是励磁开路，导致50 min后发电机失磁保护Ⅲ段动作跳闸。

2.2 整改措施

（1）加强发电机日常运行巡检，及时发现和消除励磁碳刷错位、磨损过度、悬空等隐患，做好日常维护工作。

（2）做好发电机事故应急方案，并定时进行事故处理演习、提高运维人员技术能力。

3 结 论

失磁保护是发电机异常运行的主要保护之一，本次3#凝气发电机因为励磁开路导致失磁保护Ⅲ段跳闸的事故，根源在于运维人员平时巡检、维护未按照有关运行、维护规程实施。因此，需加强相关运行、维护规程的培训和落实，提高运行和检修人员的业务素质，以避免此类事故再次发生。