自并励发电机停机过程转子电压异常的分析及处理

刘义娟

（五强溪水电厂，湖南 怀化 419636）

1 电厂概况及机组主要参数

五强溪水力发电厂位于沅水干流下游沅陵县境内，上游距沅陵县城73 km，下距常德市130 km，距省会长沙310 km，是湖南省最大的一座水电站。五强溪电厂以发电为主，兼有防洪、航运等综合效益，为华中电网骨干调峰调频电厂。电厂装有5 台单机容量240 MW 的混流式水轮发电机组，总装机容量120 万kW。改造后的1 号、3 号、4 号、5 号机采用国电南瑞NES6100 产品，2 号机采用国电南瑞NES5100 产品。

表1 机组主要参数

2 事件现象

2018 年12 月13 日00：13：00，3 号 机 组 停 机过程，跳发电机出口开关803 后，机端电压下降至87%UGN，机组解列后励磁机端电压给定将自动变为100%UGN，此时励磁为维持机端电压给定值，励磁迅速强励，出现短时最高约950 V 转子电压的现象。

表2 具体停机流程

3 事件原因分析

（1 ）停机流程

正常停机过程为集控手动减负荷将导叶关至空载以下位置，再下发停机令。监控接收到停机令后首先判断导叶在空载以下位置或有功P_0＜10 MW、-9 Mvar＜无功Q_0＜9 Mvar、导叶开度K_0＜18%条件满足后，监控下令跳发电机出口开关，检测发电机出口开关确已跳开后监控下令退励磁（图1）。

图2 停机过程波形分析

（2 ）停机过程波形分析

3 号机出口开关断开前机组工况如表3 所示。

表3 3 号机出口开关断开前机组工况

此工况导叶已在空载以下位置，满足监控直接跳发电机出口开关条件，直接停机相当于甩-85 Mvar无功。跳开发电机出口开关，机组解列后励磁机端电压给定将自动变为100%UGN，此时由于转子电流较小，转子磁场强度较弱，机端电压下降，最低降至7 976 V（87.7%UGN），机端电压下降过程，励磁为保证暂态稳定，维持机端电压为给定值，励磁将迅速响应进行强励（若故障时机端电压不能恢复至给定值，强励到一定程度将会强励限制，限制输出，保护转子），最大励磁电压为955 V，维持约50 ms，最大励磁电流1 077 A，机端电压迅速恢复至8 773 V（96.5%UGN），从下降至恢复过程约380 ms。发电机出口开关跳开后，励磁接收退励磁指令，直接逆变停机。

（3 ）数据分析

3 号机出口开关断开前转子电压EFZ=107 V、转子电流IFZ=650 A，对比发电机空载特性曲线，此时对应空载机端电压约70%UGN。原70%UGN至90%UGN做20%大阶跃试验时，强励最大励磁电压840 V，最大励磁电流884 A。此工况跳发电机出口开关，相当于70%UGN至100%UGN做30%大阶跃，强励最大励磁电压为955 V，最大励磁电流1 077 A，符合动作要求。由发电机空载特性曲线可知，空载100%UGN，转子电压EFZ=165 V、转子电流IFZ=1 043 A，在此工况附近停机，励磁动作最平缓，对转子影响最小。

4 事件处理

原停机流程为监控接收到停机令后，首先判断导叶在空载以下位置或有功P_0＜10MW、-9 Mvar＜无功Q_0＜9 Mvar、导叶开度K_0＜18%条件满足后，监控下令跳发电机出口开关，检测发电机出口开关确已跳开后监控下令退励磁。为消除无功较大直接停机的影响，建议在监控接收到停机令后判断导叶在空载以下位置条件基础上增加-10 Mvar＜无功Q_0＜10 Mvar 或-10 Mvar＜百抄表无功Q_1＜10 Mvar，此工况下停机励磁动作相对平稳，对转子影响较小。

现正常停机流程集控手动减负荷将导叶关至空载以下位置，将无功调整为-10 Mvar＜无功Q_0＜10 Mvar 范围再下发停机令，或下发停机令，监控程序将自动调节至导叶空载以下及-10 Mvar＜无功Q_0＜10 MVar 范围（监控接收到停机令会自动减负荷至零，无功调整至零，但跳发电机出口开关条件满足将中断调节过程）。具体程序见图3。

图3 修改后停机程序

5 结语

本文通过对五强溪电厂3 号机停机过程中程序的优化，解决了停机过程转子电压过高的问题，恢复了机组正常运行，并对其他机组的安全稳定运行起到借鉴作用。本文的思想方法对自并励励磁系统的停机过程转子电压过高现象的处理具有普遍的启示和借鉴意义。

参考文献：

[1] 陈锡芳．水轮发电机结构运行监测与维修[M]．北京：中国水利水电出版社，2008．