电厂发电机励磁系统常见故障探究

李志鹏 孔海波

摘 要：励磁系统在运行时由于受到诸多内外因素的影响常出现一些故障，影响其作用的发挥。为此，有必要通过分析掌握励磁系统常见故障类型与产生原因，为故障防治提供参考，明确故障产生原因与处理方法，旨在为发电机组安全运行提供保障。

关键词：电厂;发电机;励磁系统;故障处理

1 电厂大型汽轮发电机无刷励磁系统常见故障分析

1.1 故障基本情况

湖南某电厂采用300MW大型汽轮发电机，其励磁方式主要为无刷励磁在机组运行一年内，共出现30余次故障，以失磁跳机为主。之后由于锅炉发生爆管进行停机修复之后，重新实施并网，发电机组突然发生跳机，根据故障信号判别为失磁跳机。从发生跳机时的机组功率及线电压可以看出，无功功率大幅下降，降至-165Mvar，说明在这种情况下电压快速下降。事故发生后，在没有进行检查的条件下，机组又冲转至3000转，在自动模式下AVR再次投入励磁，在线电压升高到13kV后AVR通道全部跳闸。将自动模式改成手动，二次进行起励，但电压并未升高。结合测量结果，当定子磁场电流≥80A时，电压不足5kV，比额定值低很多。测量转子绝缘，转子对地绝缘电阻等于0。此外，从保护装置记录中还发现有报警信号，操作人员复归4次都未能成功。由此可知，事故发生前转子已经有一点接地，因人员未对此重视并做正确处理，使其继续投运，导致2号机组有两点同时接地，引起失磁进相，使保护动作跳闸。

1.2 系统检查

1）AVR检查。硬件与使用功能都未出现异常，但1、2号机组所用保护设置完全不同，2号机组的有效保护设置不足1号机组50%，保护深度相对较小。

2）电气检查。（1）永磁机。由于所用电缆的规格与材料存在问题，因此永磁机至AVR交流侧与AVR至定子直流侧的压降不合理，出现偏大的趋势。（2）故障录波器。由于录波器未设置启动参数，因此在发生故障时无法正常启动录波。（3）电气保护与整定。根据现场调查结果可知，故障跳闸基本逻辑属于ClassA，但业主将其改为ClassB，使跳机时间被大幅延长。此外，2号机组的低励保护功能参数深于AVR，而1号机组浅于AVR，在保护逻辑方面存在矛盾。

1.3 故障原因

1.3.1 电网实际情况

根据电厂所处电网实际情况可知，该电厂机组均运行在孤网中，交流励磁发电系统结构。当磁场以一定速度进行旋转时，磁场相对转子以以下速度旋转：ωc=ω0-ωr（1）式中，ω0为电角速度（定子侧电源）;ωr为电角速度（转子旋转）;ωc为磁场相对转子旋转速度。由此可得转子励磁电流频率和定子电流频率间的关系：fc=f0S（2）式中，fc为转子励磁电流频率;f0为定子电流频率;S为转差率。电网的基本情况如下：

1）工况一：因电网容量较小，且受到负荷的影响，导致发电机实际输出功率存在三相不平衡问题。2）工况二：发电机运行于低频的情况，该工况的频率均值为46.5Hz左右。3）工况三：发电机运行于电压极低状况。从上述异常情况中可以看出，电网较为薄弱，常出现异常现象，如电压波动和不平衡负荷等。

1.3.2 跳机原因

1）机组在某负荷条件下的压降对比见表1。

2）强励条件下入口电压的对比。从强励条件下的参数可知，如果1号机组在310MW/57Mvar状态下强励时，PMG电压和入口电压分别为79.3V与68V;2号机组在相同状态下的强励PMG端口电压和入口电压分别为70.2V与46.4V，二者相差1/3。

因2号机组在加工时没有质量事故和隐患，所以本次故障发生时由于电网电压不稳定使机组反复受到冲击而产生跳机，此外在机械、电和热的同时作用下，转子绝缘频繁受到损伤，发生一点接地故障。在发生事故以前已经有一点接地，未进行有效处理，2号机组继续运行，继而出现两点接地。此外，在发生跳机后又未进行检查，再次实施空载运行，使得事故不断恶化，导致转子受到严重损。

1.4 故障处理

1.4.1 AVR改进

1）检查AVR使用功能，通过对装置的保护参数及限制参数的有效优化，提升动态性能，同时结合回路电缆与PMG的实时更换，为2号机组运行安全提供可靠保障。2）积极与厂家联系沟通，尽快制定整定规范，根据机组实际运行情况对功能参数进行整定，从而保证其运行安全和稳定性。

1.4.2 故障录波装置改进

1）按照现行技术规范，根据发电厂及变电所具有的重要作用，采用独立式录波器。2）合理调整设定值。

2 电厂自并励静止励磁系统常见故障

2.1 故障基本情况

某电厂8号励磁变高压B相电流互感器通过检测发现有电流突变，同时在较短时间内达到饱和限幅的状态，40ms以后主变发生差动保护动作，又10ms后灭磁开关动作，导致机组跳机

2.2 系統检查

1）励磁变外壳。励磁变过去发生过爆炸，目前仅剩框架，变形严重且存在放电痕迹。2）本体与电流互感器。本体高压绕组B相绝缘上部分出现开裂，且内部铜绕线出现变形和移位。3）高压离相母线。离相母线和励磁变的连接线出现断裂与弯曲，外罩的变形较为严重。

2.3 故障产生原因

1）从故障录波图中可看出，B相回路为事故起始点，因电流互感器录到有短路电流存在，故短路时也有励磁变电流互感器及高压绕组的参与。2）励磁变电动力已超出稳定极限，其上半部分绝缘出现开裂，且高压绕组也出现变形与移位。3）故障之所以会扩大，一方面是因为电流互感器自身动稳定特性难以承受短路产生的初始电流，另一方面是流经电流互感器的电流持续增大，无法承受，出现三相短路。

2.4 故障处理

1）在大修作业中除进行常规试验以外，还需进行感应电压试验，以此来增强考核力度，达到保证励磁变压器自身质量的目的。2）励磁变压器的高压侧电流互感器重新按照穿心式进行提供，舍弃传统的浇注式，尽管其不涉及稳定特性，但仍然有电气距离与电场平衡等方面的问题，除了要对电流互感器布置进行全面评估，还要切实做好后期维护工作;对整流元件均流及均压情况进行检查，要求均流系数不得小于0.85，即：平均输出量最大输出量≥0.85。3）建议直接取消绝缘隔板，虽然设置绝缘隔板不是造成本次故障的主要原因，但因所用环氧板具有吸潮特性，且安转位置需要特别分析。先前设置的绝缘隔板可能不仅无法起到预期的隔离作用，还会因为受潮而影响电气绝缘，继而产生爬电。

3 结语

虽然以上两个实例并不足以代表全部励磁系统故障类型、产生原因和处理方法，但经过深入的分析，仍可深入了解并掌握部分故障，为电厂大型发电机组维护工作提供参考，同时也为发电机励磁系统日后研究工作积累宝贵经验，进而在保证电力系统稳定运行方面发挥应有作用。

参考文献

[1]贺永刚，赵铁英.UNITROL6800励磁系统故障引起跳机原因分析及改进[J].电工电气，2016（10）：31-35，56.