1 事故現(xiàn)象
2000年4月,我廠將三級(jí)電站2號(hào)發(fā)電機(jī)組的勵(lì)磁系統(tǒng)由原來的旋轉(zhuǎn)式勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁更新為可控硅靜止式勵(lì)磁。該勵(lì)磁裝置于2000-09-20機(jī)組運(yùn)行過程中,出現(xiàn)直流系統(tǒng)接地。在查找接地時(shí),當(dāng)瞬切操作母線總把手時(shí)接地信號(hào)仍然存在,立即切回后,發(fā)現(xiàn)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器由主通道自動(dòng)轉(zhuǎn)換為備用通道運(yùn)行,人工手動(dòng)將其切回主通道,但裝置又自動(dòng)轉(zhuǎn)換至備用通道,同時(shí)機(jī)組出現(xiàn)如下癥狀:
(1) 轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)指示燈亮;
(2) 發(fā)電機(jī)有功功率略有下降;
(3) 無功功率擺動(dòng)幾下后,反指示達(dá)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(dòng),轉(zhuǎn)子電壓表在50~175 V范圍內(nèi)有規(guī)律擺動(dòng);
(5) 定子電流表擺動(dòng)后打滿刻度針檔(滿刻度為1 500 A);
(6) 機(jī)組發(fā)過負(fù)荷信號(hào)。
以上狀態(tài)下,滅磁開關(guān)與發(fā)電機(jī)出口油開關(guān)均未跳閘,廠用電電源正常,繼而2號(hào)機(jī)風(fēng)洞有煙霧出現(xiàn),運(yùn)行人員立即果斷解列停機(jī)。
2 事故原因分析及查找
當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)子電流表指示0位,無功表指示到0,表明這時(shí)機(jī)組進(jìn)入了無勵(lì)磁運(yùn)行狀態(tài),即轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)消失,其原因有二,一是轉(zhuǎn)子回路開路;二是勵(lì)磁裝置因故障而無勵(lì)磁電流輸出。由于轉(zhuǎn)子電流表在200~380 A范圍內(nèi)擺動(dòng),轉(zhuǎn)子電壓表在50~175 V范圍內(nèi)擺動(dòng),表明轉(zhuǎn)子回路沒有開路,即第一種原因不存在。
對(duì)可控硅勵(lì)磁裝置進(jìn)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(yùn)行人員巡回檢查時(shí)未能及時(shí)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(dú)提供,而查找直流接地時(shí)又將直流供電電源模塊的直流220 V輸入電源切斷。這時(shí)直流24 V電源中斷,使可控硅因無觸發(fā)信號(hào)而過零關(guān)斷,從而造成轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流中斷。隨后轉(zhuǎn)子繞組過電壓保護(hù)動(dòng)作,其保護(hù)晶閘管導(dǎo)通與滅磁二極管共同作用,為機(jī)組異步發(fā)電運(yùn)行時(shí)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(jī)失磁的危害
發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí),定子磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)均以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn),原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩和發(fā)電機(jī)電磁制動(dòng)轉(zhuǎn)矩相平衡。轉(zhuǎn)子失磁時(shí),轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)消失,電磁制動(dòng)轉(zhuǎn)矩突然為0,而原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩不變,于是轉(zhuǎn)子突然加速旋轉(zhuǎn),使發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速超過同步轉(zhuǎn)速與系統(tǒng)失步,這時(shí)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(chǎng)共同作用產(chǎn)生異步電磁制動(dòng)轉(zhuǎn)矩,制動(dòng)轉(zhuǎn)矩與原動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩相平衡時(shí),轉(zhuǎn)子便以某一穩(wěn)定的轉(zhuǎn)差率進(jìn)入異步發(fā)電運(yùn)行狀態(tài),這時(shí)機(jī)組便相當(dāng)于一臺(tái)異步發(fā)電機(jī)。定子電流表指示顯著增加并擺動(dòng),表明定子繞組既要吸收電網(wǎng)無功電流,以維持發(fā)電機(jī)異步運(yùn)行時(shí)建立主磁場(chǎng)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(jī)進(jìn)入異步發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)后,發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)差率達(dá)3%~5%時(shí),才能達(dá)到穩(wěn)定異步運(yùn)行的平衡點(diǎn),由于轉(zhuǎn)子阻尼繞組的容量很小,在這樣的轉(zhuǎn)差率下運(yùn)行阻尼繞組將有過流發(fā)熱而燒毀的危險(xiǎn)。
4 可控硅勵(lì)磁裝置的改進(jìn)
4.1 加裝交直流電源模塊運(yùn)行監(jiān)視及故障報(bào)警
對(duì)可控硅勵(lì)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(shí)可發(fā)電源模塊故障信號(hào),以便運(yùn)行人員能直觀地監(jiān)視各電源模塊的運(yùn)行狀況。
4.2 增加轉(zhuǎn)子電氣失磁保護(hù)
由于可控硅勵(lì)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(diǎn)控制的機(jī)械失磁保護(hù)不能滿足機(jī)組要求。如上述故障當(dāng)轉(zhuǎn)子電流為0向異步發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí),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(hù),即當(dāng)轉(zhuǎn)子電流小于某一值時(shí),機(jī)組便視為轉(zhuǎn)子失磁,這時(shí)電氣失磁保護(hù)動(dòng)作,跳機(jī)組出口開關(guān)及滅磁開關(guān)。
改進(jìn)后,曾在一次調(diào)試過程中不慎誤將直流24 V電源中斷,機(jī)組電氣失磁保護(hù)正確動(dòng)作。經(jīng)過改進(jìn),從而杜絕了上述事故的再次發(fā)生。
5 結(jié)束語
對(duì)于采用可控硅勵(lì)磁裝置的發(fā)電機(jī)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(shí),在傳統(tǒng)的機(jī)械式失磁保護(hù)的基礎(chǔ)上,必須增加判斷轉(zhuǎn)子電流為起動(dòng)條件的電氣失磁保護(hù),杜絕此類事故發(fā)生。(歐陽智 王國力 王福秀)