1 事故現(xiàn)象
2000年4月,我廠將三級電站2號發(fā)電機組的勵磁系統(tǒng)由原來的旋轉(zhuǎn)式勵磁機勵磁更新為可控硅靜止式勵磁。該勵磁裝置于2000-09-20機組運行過程中,出現(xiàn)直流系統(tǒng)接地。在查找接地時,當(dāng)瞬切操作母線總把手時接地信號仍然存在,立即切回后,發(fā)現(xiàn)勵磁調(diào)節(jié)器由主通道自動轉(zhuǎn)換為備用通道運行,人工手動將其切回主通道,但裝置又自動轉(zhuǎn)換至備用通道,同時機組出現(xiàn)如下癥狀:
(1) 轉(zhuǎn)子過電壓保護指示燈亮;
(2) 發(fā)電機有功功率略有下降;
(3) 無功功率擺動幾下后,反指示達下限針檔;
(4) 轉(zhuǎn)子電流表指示首先下降為0,隨后在200~380 A范圍內(nèi)有規(guī)律擺動,轉(zhuǎn)子電壓表在50~175 V范圍內(nèi)有規(guī)律擺動;
(5) 定子電流表擺動后打滿刻度針檔(滿刻度為1 500 A);
(6) 機組發(fā)過負(fù)荷信號。
以上狀態(tài)下,滅磁開關(guān)與發(fā)電機出口油開關(guān)均未跳閘,廠用電電源正常,繼而2號機風(fēng)洞有煙霧出現(xiàn),運行人員立即果斷解列停機。
2 事故原因分析及查找
當(dāng)機組轉(zhuǎn)子電流表指示0位,無功表指示到0,表明這時機組進入了無勵磁運行狀態(tài),即轉(zhuǎn)子磁場消失,其原因有二,一是轉(zhuǎn)子回路開路;二是勵磁裝置因故障而無勵磁電流輸出。由于轉(zhuǎn)子電流表在200~380 A范圍內(nèi)擺動,轉(zhuǎn)子電壓表在50~175 V范圍內(nèi)擺動,表明轉(zhuǎn)子回路沒有開路,即第一種原因不存在。
對可控硅勵磁裝置進行全面檢查后,發(fā)現(xiàn)PLC及觸發(fā)電路的交流供電電源模塊損壞。因其工作指示燈安裝在面板的背面,運行人員巡回檢查時未能及時發(fā)現(xiàn)。PLC及觸發(fā)電路供電電源,是由交流
220 V供電電源模塊和直流220 V供電電源模塊輸出直流24 V并聯(lián)后供給的。當(dāng)交流供電電源模塊損壞后,直流24 V電源只能由直流供電電源模塊單獨提供,而查找直流接地時又將直流供電電源模塊的直流220 V輸入電源切斷。這時直流24 V電源中斷,使可控硅因無觸發(fā)信號而過零關(guān)斷,從而造成轉(zhuǎn)子勵磁電流中斷。隨后轉(zhuǎn)子繞組過電壓保護動作,其保護晶閘管導(dǎo)通與滅磁二極管共同作用,為機組異步發(fā)電運行時轉(zhuǎn)子的交變電流提供通路,從而使轉(zhuǎn)子回路保持暢通。
3 同步發(fā)電機失磁的危害
發(fā)電機正常運行時,定子磁場和轉(zhuǎn)子磁場均以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn),原動機轉(zhuǎn)矩和發(fā)電機電磁制動轉(zhuǎn)矩相平衡。轉(zhuǎn)子失磁時,轉(zhuǎn)子磁場消失,電磁制動轉(zhuǎn)矩突然為0,而原動機轉(zhuǎn)矩不變,于是轉(zhuǎn)子突然加速旋轉(zhuǎn),使發(fā)電機的轉(zhuǎn)速超過同步轉(zhuǎn)速與系統(tǒng)失步,這時在轉(zhuǎn)子繞組及轉(zhuǎn)子阻尼繞組中感應(yīng)出較大的交流電流,該電流與定子旋轉(zhuǎn)磁場共同作用產(chǎn)生異步電磁制動轉(zhuǎn)矩,制動轉(zhuǎn)矩與原動機的拖動轉(zhuǎn)矩相平衡時,轉(zhuǎn)子便以某一穩(wěn)定的轉(zhuǎn)差率進入異步發(fā)電運行狀態(tài),這時機組便相當(dāng)于一臺異步發(fā)電機。定子電流表指示顯著增加并擺動,表明定子繞組既要吸收電網(wǎng)無功電流,以維持發(fā)電機異步運行時建立主磁場所需的磁化電流,又要向電網(wǎng)送出有功電流。所以,定子電流將大大超過額定值,使定子過熱冒煙,繼而燒毀定子繞組甚至定子鐵芯。另外,同步發(fā)電機進入異步發(fā)電運行狀態(tài)后,發(fā)電機的轉(zhuǎn)差率達3%~5%時,才能達到穩(wěn)定異步運行的平衡點,由于轉(zhuǎn)子阻尼繞組的容量很小,在這樣的轉(zhuǎn)差率下運行阻尼繞組將有過流發(fā)熱而燒毀的危險。
4 可控硅勵磁裝置的改進
4.1 加裝交直流電源模塊運行監(jiān)視及故障報警
對可控硅勵磁裝置PLC及觸發(fā)電路的直流24 V供電電源,在面板上分別增加交直流供電電源模塊直流24 V工作指示燈,當(dāng)模塊故障無輸出時可發(fā)電源模塊故障信號,以便運行人員能直觀地監(jiān)視各電源模塊的運行狀況。
4.2 增加轉(zhuǎn)子電氣失磁保護
由于可控硅勵磁裝置一般情況下滅磁開關(guān)均在合閘位置,由滅磁開關(guān)輔助接點控制的機械失磁保護不能滿足機組要求。如上述故障當(dāng)轉(zhuǎn)子電流為0向異步發(fā)電運行狀態(tài)轉(zhuǎn)變時,為阻止其轉(zhuǎn)變必須增加以轉(zhuǎn)子電流為判據(jù)的電氣失磁保護,即當(dāng)轉(zhuǎn)子電流小于某一值時,機組便視為轉(zhuǎn)子失磁,這時電氣失磁保護動作,跳機組出口開關(guān)及滅磁開關(guān)。
改進后,曾在一次調(diào)試過程中不慎誤將直流24 V電源中斷,機組電氣失磁保護正確動作。經(jīng)過改進,從而杜絕了上述事故的再次發(fā)生。
5 結(jié)束語
對于采用可控硅勵磁裝置的發(fā)電機組,必須具備PLC及觸發(fā)電路工作電源的監(jiān)視功能,與此同時,在傳統(tǒng)的機械式失磁保護的基礎(chǔ)上,必須增加判斷轉(zhuǎn)子電流為起動條件的電氣失磁保護,杜絕此類事故發(fā)生。(歐陽智 王國力 王福秀)