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一起水輪發(fā)電機勵磁事故的分析與對策

文檔作者：陳旺文檔來源：廣東粵電楓樹壩發(fā)電有限責任公司		點擊數：	更新時間： 2021年08月13日
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第19卷第1l】期
2006年10月
廣東電力
GUANGD0NG ELECTRlC POWER
VO1．19 NO．10
Oct．2(106
文章編號：1()()7-290X(2{){16)10-0070-()3
一起水輪發(fā)電機勵磁事故的分析與對策
陳旺
(廣東粵電楓樹壩發(fā)電有限責任公司，廣東龍川5173{)1))
摘要：某水電廠4號水輪發(fā)電機組發(fā)生了一起勵磁事故，事故造成了4號機組滅磁柜起火，柜內部分設備燒
毀，發(fā)電機蓋板大量螺栓松脫等現象。針對這次事故進行了分析，指出勵磁調節(jié)器工作電源完全靠外部交直流
電源提供。沒有后備電源支持，以及事故機組沒有配置失步和非全相氧化鋅轉子過電壓保護是造成事故擴大的
重要原因。為此，提出了防范此類事故的對策，建議引入勵磁變壓器電源作為調節(jié)器的工作電源，并對該機組
的轉子過電壓保護進行改造。
關鍵詞：水輪發(fā)電機；勵磁；事故；分析
中圖分類號：TM761．11 文獻標識碼：B
Analysis of a hydrogenerator excitation failure and corresponding countermeasures
CHEN W ang
(Ouangdong Yudean Fengshuba Power Generation Co．，Ltd．，Longchuan，Guangdong 517300，China)
Abstract：An excitation failure occurred on a certain hydrogenerator unit，which led to fire of the field discharge cabinet，
damage of some equipment therein，loosening and coming off of many bolts on the generator COVer plate，etc．Upon analysis
of the failure，the problem is deemed to be caused by the fact that the excitation regulator works only with external AC／DC
power and has no backup power。and that the unit is not equipped with out-of-step and open-phase ZnO rotor overvoltage
protection、Precautions against such failures are set forth．It is suggested that the excitation transformer power be introduced
as the operational power supply for the regulator，and the rotor overvoltage protection of the unit be modified．
Key words：hydrOgeneratOr；excitation；accident；analysis
某水電廠安裝有4臺75 MW 的立式水輪發(fā)電
機組(懸式)，發(fā)電機一變壓器組接線方式如圖1所
示。機組勵磁系統(tǒng)為機端自并勵，雙微機型勵磁調
節(jié)器，交直流雙供電。滅磁柜采用DMX．1500．1／2
雙斷口滅磁開關，配有氧化鋅轉子過電壓保護和氧
化鋅滅磁電阻器。機組調速器均為雙微機電液調速
器，交直流雙供電。
1 事故過程
事故發(fā)生前，4號機組有功功率75 Mw，無
功功率25 Mvar，3號機組有功功率5 Mw，無功
功率25 Mvar。由于工作失誤，造成廠用電交流中
斷。5 min后，直流系統(tǒng)蓄電池故障停止供電，交
直流供電同時中斷約1 min。幾乎在交流電源恢復
收稿日期：2006．07-27
廠
2號變壓器
變
電
站
1號變壓器
圖1 發(fā)電機一變壓器組接線方式示意圖
的同時，線路對側開關后備過流保護動作跳閘，3
號、4號機組劇烈振動后自動停機。事故造成4號
機組滅磁柜起火，柜內部分設備燒毀，3號、4號
機組發(fā)電機蓋板大量螺栓松脫，4號機組上導冷油
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第／()期 陳旺：一起水輪發(fā)電機勵磁事故的分析與對策
器水管接頭震裂，推力油槽部分螺栓松動，發(fā)電機
基礎螺栓部分松動。
2 事故原因分析
在交直流電源全部中斷的1 min時間內， 自動
勵磁調節(jié)器失去T作電源，造成3號、4號機組失
磁，進而失步；同樣原因致使電氣失磁等保護均無
法動作。調速器維持原有開度，機組原動力不變。
失步使機組進入異步發(fā)電運行狀態(tài)，機組轉速升高
并從系統(tǒng)吸收大量的無功功率，導致過電流。但因
兩臺機組的原始有功出力不同，故產生的滑差大小
不同，因而吸收的無功功率和產生的異步轉矩也不
相同。3號機組由于輸m功率接近零，故只需要很
小的滑差、產生很小的異步轉矩就可以進入穩(wěn)態(tài)異
步運行，其平均轉速接近同步轉速。因吸收無功功
率很大，電流遠遠超過額定負載電流，達到線路過
電流后備保護啟動值，保護動作切除對側線路開
關。3號、4號機組變成了一個只有兩組發(fā)電機一
變壓器單元組成的局部小電網。小電網內兩臺機組
異步運行的初始轉速是不同的，這時被迫同步，因
此 現機組之問的振蕩，振蕩中心在這兩組發(fā)電機
一變壓器單元之問。因交流電源恢復，3號機組勵
磁很快恢復到工作狀態(tài)，4號機組勵磁調節(jié)器則沒
有恢復，為維持機端電壓，3號機組提供了強勵電
流，持續(xù)約12 S。之后，4號機組失步，轉子回路
現嚴重過電壓。
根據4號滅磁柜內設備損壞情況來看，主要是
轉子過電壓保護氧化鋅電阻器RV2和RV3燒壞，
熔斷器FU2和FU3爆裂，過壓保護引線鋁排熔
斷，斷口有數厘米長，滅磁柜后門栓變形，后門被
氣浪沖開。滅磁開關未跳開，滅磁用氧化鋅電阻器
RV1正常。事故時的轉子回路接線見圖2，其中：
RVI是滅磁電阻器，能量耐量~Nx,／-較大，為0．96
MJ；RV2是轉子側氧化鋅電阻器，采用4串4并，
能量耐量0．16 MJ，用于機組運行時吸收止向和反
向換向尖鋒過電壓；RV3是晶閘管側氧化鋅電阻
器，采用4串2并，能量耐量0．08 MJ，在機組運
行時只吸收正向換向尖峰過電壓等短時過電壓。因
事故機組沒有配置失步和非全相氧化鋅轉子過電壓
保護，在機組失步運行狀態(tài)下，轉子回路過電壓加
在過壓保護氧化鋅電阻器RV2和RV3上。RV2
和RV3可承受的能量遠遠不能滿足失步后大滑差
運行時源源不斷地來自系統(tǒng)的能量，很快損壞并呈
短路狀態(tài)，令到電流急劇增大。熔斷器FU2和
FU3在比其額定容量大得多的巨大短路電流作用
下發(fā)生爆裂熔斷，同時產生高溫電弧將連接鋁排也
熔融了一部分，產生的電弧和高溫氣體還進一步引
燃柜內控制回路導線，引發(fā)柜內起火。
圖2 轉子回路接線
④
根據線路對側事故錄波圖分析，對側線路保護
在動作時，線路的電流波形畸變。電流值約為事故
前正常電流值的2．6倍，輸送容量約240 MVA，
比兩臺機組總額定容量還大。說明當時機組已經嚴
重失步，吸收了大量的系統(tǒng)無功功率，并因此產生
過電流，使得線路對側開關后備過電流保護動作跳
閘，3號、4號機組與系統(tǒng)主網解列。
由于發(fā)電機失步振蕩電流數值比較大，持續(xù)時
間比較長，加上該機為凸極機，轉子交、直軸方向
不對稱，故在失磁失步過程中，在電磁力的作用
下，會有周期性的作用力施加在旋轉軸上，產生振
蕩扭矩，對機組造成沖擊。從發(fā)電機上風洞蓋板螺
栓松脫后受損的螺紋來看，螺紋全部都是垂直縱向
反復拉扯造成螺牙磨平的，4號機組有95支，3號
機組有33支，沿著發(fā)電機周邊均勻分布。同時4
號機組上導冷油器水管接頭震裂，推力油槽部分螺
栓松動。根據當時現場的工作人員的反映，劇烈震
動的持續(xù)時間很短，震動時發(fā)出的聲音仿似沖擊鉆
一r=作時發(fā) 的沖擊聲。
3 防范對策
3．1 引入勵磁變壓器電源作為調節(jié)器的工作電源
勵磁調節(jié)器的工作電源完全靠外部交直流電源
提供，而沒有采用機組勵磁變壓器作為后備電源，
失去了一個重要的后備電源支持，是造成事故的一
個重要原因。交直流電源短時間同時中斷的可能性
在水電廠是完全可能的，這時如果機組保持穩(wěn)定運
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第19卷
行，主設備接著發(fā)生事故的概率是比較小的。但
是，如果沒有勵磁變壓器提供機組勵磁電源，就必
然造成機組失磁，這時由于直流電源處于故障之
中，就無法保證繼電保護正確動作，從而使得事故
進一步擴大，造成主設備損壞。因此有必要堅持在
勵磁系統(tǒng)尤其是白并勵系統(tǒng)中引入勵磁變壓器電源
作為調節(jié)器的_[作電源，這在技術上實現并不5fj
難，經濟上投資也非常少。
3．2 加強直流系統(tǒng)的維護管理
該電廠事故后檢查發(fā)現直流系統(tǒng)蓄電池嚴重老
化，防硫化回路長期未投入使用。該電廠鉛酸蓄電
池更換為免維護全密封閥控蓄電池后，多年沒有對
設備進行容量校核。事故后檢查發(fā)現蓄電池I組中
多個電池存在外殼變形、內阻很大甚至接近開路，
Ⅱ組有16個電池電壓嚴重偏低，末端電池嚴重過
充變形等不良工作狀態(tài)。直流系統(tǒng)是電力設備控制
和保護的關鍵設備，必須嚴格的按照規(guī)程對蓄電池
定期進行檢查維護，尤其是做好定期的容量檢測試
驗，防止直流失壓引發(fā)嚴重的事故。
3．3 對轉子過電壓保護進行改造
按照國內的標準，目前的轉子過電壓保護均未
要求考慮大滑差及非全相運行，而國內每年都有一
些機組由于這方面的原因而受到不同程度的損壞，
水輪發(fā)電機容易受到損壞。因此，建議對該機組的
轉子過電壓保護進行改造，使其能夠承受一定時間
的大滑差及非全相運行(20 S以上即可)。這方面國
內已經有了一定的經驗，其投資相對于發(fā)電機的損
壞是微不足道的。方案一，將RV2換成專用的大
滑差及非全相運行轉子過電壓保護，跨接器的動作
值應該設計得比RV3還要高一些；方案二，采用
滅磁用氧化鋅電阻器和轉子過電壓保護用氧化鋅電
阻器RV2合并共用的方式，氧化鋅非線性電阻器
的能量耐量再加大2()％～3()％ ，同時兼顧滅磁和
各種轉子過壓保護，其跨接器的動作值應該設計得
比RV3的值略小，這樣就可以避免出現類似事
故了。
3．4 定期檢測氧化鋅電阻器的工作特性
對于氧化鋅電阻器，要認真選型和嚴格審查其
設計參數。氧化鋅電阻器對T作環(huán)境要求較高，潮
濕、高溫、灰塵等都會加速其老化過程，應結合機
組檢修定期檢測其工作特性。一般應該按照制造廠
標準(罔家標準中尚未有規(guī)定)測量氧化鋅壓敏閥片
的標稱電壓 ?mA，其數值應該與出廠試驗時的值
基本一致；然后測量0．5 ?mA下的泄漏電流，一
般應該小于5()t*A。
3．5 定期檢測跨接器及其回路
大修時對于跨接器(例如晶閘管和二極管、觸
發(fā)器等)及其回路也要進行檢測，以保證其能夠按
照正確的邏輯動作；對于使用滅磁開關輔助觸點做
跨接器的，還應該檢查其與主觸頭之間動作的時間
配合是否合適。
3．6 大修后實測發(fā)電機滅磁時的轉子過電壓
大修后應該在啟動發(fā)電機時進行空載或短路試
驗條件下的發(fā)電機滅磁時的轉子過電壓實測，以檢
驗總體效果。
參考文獻：
[1]王維儉．電氣主設備繼電保護原理與應用[M]．北京：中國電
力}十{版社．1996
作者簡介：陳旺(1973一)，男，廣東興寧人，電氣工程師，工學
學士，主要從事水力發(fā)電廠生產管理工作，(電話)0762．6898899
(電子信箱)chenwang@gdyd corn。
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(上接第53頁)
能可靠的交流調速方式，它以優(yōu)異的性能、明顯的
節(jié)能效果、顯著的經濟效益迅猛地發(fā)展著，成為工
業(yè)驅動的中堅力量。目前變頻器雖然在技術和價格
上還存在一定難題，但是隨著電力電子技術和變頻
調速技術的不斷發(fā)展，變頻技術及變頻裝置都會有
很大的發(fā)展，交流變頻調速技術在發(fā)電廠的應用也
將更為廣泛，這一技術的推廣應用將為火力發(fā)電廠
在節(jié)能降耗、提高經濟效益、提高上網電價的競爭
力方面發(fā)揮巨大的作用。
參考文獻：
[1]王f_祥，王小曼．通用變頻器選型、應用與維護EM3．北京：
人民郵電出版社，2()05
[2]姚錫祿變頻器控制技術與應用EM]．福州：福建科學技術出
版社，2005．
E33希思科特M J變壓器交用技術大全EM3．王曉鶯，譯．北京：
機械工業(yè)出版社，2004．
作者簡介：馮征超(1970一)，男，山東鄒平人，助理工程師，主
要從事發(fā)電運行電氣管理工作。

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