发电厂发变组的故障诊断及解决办法

河北大唐国际张家口热电有限责任公司 赵 骞

关键字：发电厂；发变组；故障诊断；解决办法

某发电厂实际运行过程中，当系统电压升高而频率降低时，此时工作磁通密度参数会呈现增高趋势，就会形成励磁运行。随着励磁电流的增加，铁芯温度相应得到升高，出现局部过热问题，严重的甚至会导致铁芯出现变形的问题，对发变组系统运行的稳定性产生干扰和影响。本文主要结合一起发电厂发变组过励磁反时限保护误动而引发的机组跳闸事故，通过故障的诊断和分析，为后续故障问题的解决和处理提供指导依据。

1 发电厂发变组概述

发变组作为发电厂主要的组成部分，一般由发电机和变压器两部分构成，即发变组一端连接发电机设备的电线，另外一端则与升压变压器低压侧线圈相连接，通过变压器的运行使系统功率呈现升高的趋势，待升高后与母线进行连接，并且与发电厂电网直接并网，为后续电力供应作业开展奠定基础。发变组是发电厂供电系统的核心所在，系统组成本身比较复杂烦琐，加之运行过程中受到外部多方面因素的干扰和影响，导致发变组故障时有发生，不仅影响到供电系统运行的稳定性和可靠性，同时也给发电厂正常生产运行造成困扰。因此，在发电厂运行过程中，必须高度重视发变组故障诊断和维修工作，同时要针对发变组的不同类别，实施针对性的保护与管理措施，为其安全有效运行奠定坚实基础。就目前而言，发电厂发变组种类较多，主要包括以下几种。

1.1 根据连接方式划分

单母线连接。从发电厂发变组线路连接方式来看，通常包括三种形式，即单母线连接、双母线连接以及无母线连接等，其中单母线连接由于只有一条母线构成，所以连接方式相对比较简单，但是受到这一因素的限制，该发变组中所有入线以及出线回路都必须与该母线并列连接，因此如果线路出现负载功率过大的情况，极易引发线路故障问题，导致线路正常运行受到干扰，最终降低发变组运行的稳定性和可靠性。针对该问题，通常在单母线连接过程中会实施分段操作，即根据线路实际负载情况，将线路进行科学合理的分段划分，如此在母线连接完成后可以大幅降低线路负载所造成的故障隐患问题概率。尽管如此，单母线连接过程中只要其中某一段母线出现故障，那么整个回路运行都会受到影响，一方面造成大规模停电事故问题，另一方面对供电系统稳定性产生干扰[1]。单母线连接虽然稳定性较差，但是造价成本相对偏低，实际当中一般适用于线路负载电器较少的环境中。

双母线连接。与单母线连接方式不同，双母线连接主要是将两条母线均匀分配在发变组带能源以及主线相应位置中，一方面可以确保使用上的便捷性和简易性，另一方面也能有效提升线路运行的可靠性。但是从线路连接组成来看，其对比单母线连接要复杂很多，所以一旦出现线路故障隐患，会显著提升后续的维修难度和压力，加之该连接方式造价成本比较高，因此该发变组一般适用于高精度的实验室当中，在全天候运行的工厂也比较常见。

无母线连接。相对比前两种发变组类型，无母线连接类别应用最为广泛，其主要是由发电机以及变压器两部分构成，加之线路连接简单，操作便捷，即便存在线路以及系统故障，诊断和维修也相对容易，可以确保发变组运行过程中随时发现问题并及时解决。不仅如此，该类别在实际运行过程中造价成本比较低廉，可以为发电厂节省大量的费用投入。但是该连接方式也不可避免存在一些弊端，即发变组运行受到距离的影响和干扰较大，所以实际当中难以满足长距离输电的现实要求。

1.2 根据保护系统配置方式划分

通常而言，发电厂发变组保护配置的方式包括两种，即主保护配置以及后备保护配置，通过对发变组实施保护配置，可以显著确保线路运行的稳定性和可靠性，有效降低系统故障出现的概率。在实际运行过程中，由于线路故障出现的原因以及类别不同，所以又可将主保护配置划分为多种形式，包括匝间保护形式、发电机相差保护形式、变压器发动机纵差保护形式等。对于后备保护配置方式而言，其相对比主保护配置较为简单，一般包括阻抗保护、记忆过电流保护以及复合电压锁闭电流保护等。发变组在实际运行过程中，上述两种保护配置方式虽然相互独立存在，但是运用过程中通过相互协调作用，可以进一步提升保护水平，从而显著提升发变组运行的稳定性。

2 发电厂发变组常见故障分析

就目前发电厂运行而言，失磁是发电组比较常见的一类故障问题和隐患，其主要是指发电机全部励磁电流或部分励磁电流出现消失的情况，导致系统无法正常有序运行。而通常引起发变组失磁问题的原因主要包括以下几种，即人工操作不规范、励磁系统元件损坏、励磁机故障以及转子绕组故障等，实际当中需要重点结合失磁原因进行诊断和维修。对于发变组失磁故障来说，其作为一种高发的故障隐患，对于发电厂供电系统正常稳定运行会造成严重的干扰和影响，不仅会造成发变组运行吸收较多的感性无功功率，导致系统电压下降问题更加严重，同时由于电压的过度降低会出现系统瓦解问题，并且失磁的发变组还会对临近的机组运行情况产生制约和干扰，严重的甚至引发临近系统故障问题。

发变组失磁对于自身运行产生的干扰也是较大的，失磁的发变组在异步运行过程中，等效电抗参数呈现降低趋势，在过度吸收无功功率的同时，系统产生的过电流会导致出现线路过热问题，对于设备性能造成严重影响的同时，也威胁到工作人员的人身安全。对导致出现发电组失磁的原因进行分析，以人为原因占比较大，此外还有励磁系统本身存在的一些内部原因，详细体现如下：

一是发变组日常运行过程中，人员存在操作不规范和不标准的情况，很多情况下责任落实不到位，难以引起工作人员的高度重视，最终出现了严重的发变组失磁问题，给电力系统运行稳定性造成严重的影响；二是工作人员自身素质水平有待提升，在发变组日常运行过程中，即便发现存在了失磁隐患问题，也不能采取规范的方式进行处理，导致隐患进一步扩大而影响电力系统运行可靠性；三是励磁系统元件的定期检修和维护不到位，很多情况下不能及时发现元件运行存在的缺陷和病害，导致励磁系统运行受到干扰和影响，最终造成发变组故障问题，给电厂造成巨大的损失和影响。

3 发电厂发变组的故障诊断及解决办法

3.1 故障概况

某发电厂1号机组在正常运行过程中，机组负荷参数为200MW，AGC、AVC均投入。发变组无功功率为165.6MVar、定子电压参数为20.8kV，励磁电流及电压分别为1848A和350V，发变组保护ABC三柜均投入运用[2]。其中，A和B柜采用RCS-985A型保护配置方式，C柜采用PCS-974型非电量保护方式。当机组运行至某一时刻，突然出现跳闸现象，此时维修人员立即前往现场进行诊断，结果显示1号机组并未存在损坏问题，分析原因是1号机组发变组保护B柜“过励磁反时限”动作所致，升压站断路器以及灭磁开关均处于跳闸状态，锅炉灭火。

3.2 误动诊断分析

在1号机组出现跳闸故障后，立即对机组相关设备及线路实施故障诊断、排查，包括励磁机、整流柜、高压断路器以及发电机等，通过故障诊断排查发现，上述设备并无损坏问题，所以可以直接排除设备故障所致的保护动作问题。在完成上述排查处理后，接着由工作人员调取机组运行现场的DCS监测图，以此为基础查看系统当中的AVC运行记录。结果显示，在跳闸事故发生前1号机组发电机定子电压稳定，并且UAB=UAC=UBC=20.8kV，系统运行频率也相对稳定，其中f=49.99Hz，不存在电压升高以及系统频率降低的问题，所以不具备发变组过励磁保护动作的现实条件。接着由工作人员再次调取1号机组发变组保护B柜“过励磁反时限”保护动作报告，该报告中显示的动作时间与故障发生的时间完全吻合，同时动作保护显示为发变组过励磁反时限，动作参数为U/f=1.0817倍，由此报告显示结果可以将其认定为正确的保护动作。

通常而言，一旦机组出现跳闸故障问题，此时两台发变组保护应当同时进行，而本次研究中只有保护B柜出现动作，而且机组跳闸前相关参数显示如下，即机端电压20.86kV、系统频率为49.99Hz、理论上过励磁倍数为1.043倍，可见上述参数没有达到B柜保护动作下限定值，因此判断为保护B柜采样值存在一定程度的偏差，以此导致出现了保护误动，最终出现机组跳闸故障。为了对该判断进行有效的验证分析，后续对该保护装置实施了模拟量通道检验，详细参数见表1。

表1 发变组B柜过励磁保护校验数据

由表1相关数据分析可知，1号机组发变组B柜保护装置过励磁采样值较正常值偏大，偏差数值在0.036～0.0387。

3.3 分析结果

在对1号机组发变组出厂报告以及其他资料分析中发现，出厂报告显示发变组存在一定的偏差问题，数值在0.001左右，虽然偏差在规范以内，但是发变组保护校验作业指导书中显示，随着发变组运行时间的不断推移，该偏差问题呈现不断增大的趋势，对此该发电厂并没有给予高度关注。在发变组近期的一次诊断检修当中，试验报告记录中显示并未对偏差问题实施检验处理，侧重点在于发变组过励磁保护动作以及其他检验，这就导致实际的发变组校验并没有实现全面覆盖，导致发变组“过励磁”偏高问题没有及时被发现，为后续故障处理提高了难度和压力。不仅如此，该发电厂缺乏精细化的故障检修管理机制，同时无法结合过励磁保护高精度的要求，制定与之相匹配的检修方式，使得发变组过励磁故障隐患进一步扩大。除此之外，该发电厂此套发变组保护配置运行使用时间较长，缺乏定期更新和优化，在设备长期运行过程中，不可避免会存在元器件老化磨损等问题，导致发变组保护配置水平大幅降低，使故障进一步增大。

3.4 解决办法

首先，对1号机组发变组“过励磁反时限”保护相关模拟量通道实施有效的检测诊断，检测结果显示装置线性良好，因此只需要对过励磁保护动作偏差问题进行修正处理，便可以有效消除该类故障隐患，提升发变组运行稳定性和可靠性水平。在对动作偏差进行修正过程中，将过励磁保护定值由1.08倍、延时43s修正为1.12倍、延时43s，通过该修正处理，使得过励磁倍数符合实际的运行情况。其次，1号机组发变组B柜过励磁时限保护出口方式属于报警并减励磁，实际当中需要将定值参数进行减少处理，一般降至反时限低限前动作即可，并以此为基础实施过励磁保护报警处理，确保相关检修工作人员可以结合报警信息及时发现并处理。

在本次诊断和检修当中，对于1号发变组过励磁保护定时限定值进行修正，即将原本的1.25倍、延时4.5s修正为1.11倍、延时0s。最后，对发电机过励磁保护、励磁调节器过励限制、AVC上限限制进行排查，过励磁保护过励限制低值1.08倍、延时43s；励磁调节器过励限制1.05倍、延时50s；AVC上限限制中机端电压≥20.6kV或无功功率≥160MVar动作。动作顺序为AVC上限限制、励磁调节器过励限制、发电机过励磁保护跳闸，详细见表2。

表2 过励磁动作顺序

本次研究中，结合实例分析了一起由过励磁反时限保护基准值偏差而引起的保护误动故障，导致发电厂机组出现频繁跳闸问题，给发电厂供电系统运行的稳定性和可靠性造成直接影响。针对该类发变组故障的维修，除了针对性提出解决办法和对策以外，在日后机组运行过程中要高度重视发变组定期检修和诊断工作，特别是发变组校验工作要实现全面覆盖，确保故障隐患一经发现就可以及时进行处理，提升发变组系统运行的稳定性。