可控硅励磁故障及发电机定子绕组事故分析与改进

可控硅励磁故障及发电机定子绕组事故

分析与改进

王豫平 水轮发电机在运行过程中，转子失磁是一种破坏性事故.由于发电机失去励磁后与系统失步，当转子回路仍然是闭合回路时，发电机进入异步发电运行也就是发电机进相运行状态。由于凸极式同步水轮发电机的同步电抗较小，发电机要从接入电网系统中吸收很多无功功率以，维持发电机异步发电运行时建立主磁场所需的无功电流，与此同时发电机又要向系统送出大量有功负荷，故定子绕组的电流将大大超过额定值，发电机进相运行在生产厂家没有说明和现场没有试验的情况下，一般不允许进相运行，在发生事故后如果运行人员处理不及时，可能导致发电机定子绕组因长时间过流发热起火，更为严重的是烧毁定子绕组的同时，可能将定子铁心烧坏，使发电机的善后修复难度加大，所以，对机组的深度进相运行必须引起高度重视。

1、事故现象

2005年3月，桑科发电公司蒲黄电站1号发电机组的励磁系统由原来的旋转式励磁机，更新为可控硅静止励磁。该励磁装臵于2005年5月21日机组运行中，出现直流系统接地且正对地60V。在查找接地时，瞬切操作母线总把手时因接地信号仍然存在，立即切回后，发现励磁调节器由主通道

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自动转换到备用通道运行，人工手动将其切回到主通道，但装臵又自动转换至备用通道，这是机组出现如下故障：①转子过电压保护指示灯亮；②发电机有功功率略有下降；③机组无功功率表摆动几下后，反指示达下限针挡；④转子电流表指示首先下降到“0”，随后在200—380A范围内有规律摆动，转子电压表在60—175V范围内有规律摆动；⑤定子电流表摆动后打满刻度针档（满刻度为1500A）；⑥机组发过负荷信号。

在以上状态下，灭磁开关与发电机出口油开关均未跳闸，厂用电电源正常，继而1号机风洞有烟雾出现，运行人员立即果断解列停机。

2、 事故分析及危害

机组停机后，首先是对发电机定、转子进行外观检查，发现各这时转子绕组回路环软连接片附近有融化的焊锡甩出，定子内表面有油污高温后留下的痕迹。随后又对定、转子绕组进行了例行试验，其结果正常。根据机组上述故障信息对机组运行工况做如下分析。

⑴当机组转子电流表指示零位，无功表指示到零，表明这时机组进入了无励磁运行状态，即转子磁场消失，可能是转子回路开路或励磁装臵因故障而无励磁电流输出。

⑵当转子电流表在200—380A范围内有规律摆动，转子电压表在60—175V范围内有规律摆动，表明转子回路没有

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开路。

⑶机组事故发生过程中各阶段的工况分析。由于转子电流表在200—380A范围内摆动表明这时转子绕组回路是贯通的，即转子回路这时没有开路，无功表指示负值，表示由原来的向系统送无功功率变为从电网吸收无功功率。发电机正常运行时，定子磁场和转子磁场均以同步转速旋转，水轮机输出转矩和发电机电磁制动转矩相平衡。转子失磁时，转子磁场消失电磁制动转矩突然为零，而水轮机输出转矩不变，于是转子突然加速旋转，使发电机的转速超过同步转速与系统失步，这时在转子绕组（这时转子绕组回路未开路）及转子阻尼绕组中感应出较大的交流电流（事故发生后，从磁极间阻尼绕组中连片镀锡因受高温融化而甩出，可以得到证实），该电流与定子旋转磁场共同作用产生异步电磁制动转矩，制动转矩与水轮机的拖动转矩相平衡时，转子便以某一稳定的转差率S进入异步发电状态，这时机组便相当于一台异步发电机。定子电流表指示显著增加并摆动，表明定子绕组要吸收电网无功电流，以维持发电机异步运行时建立主磁场所需的电流（机组正常运行时主磁场由转子直流励磁电流产生）又要向电网送出有功电流。所以定子电流将大大超过额定值，使定子过热冒烟。

⑷同步发电机变为异步发电机运行时，对机组造成的危害。同步发电机进入异步发电机运行状态后，发电机的转差

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率达3%—5%时，才能达到稳定异步运行的平衡点，由于转子阻尼绕组的容量很小，在该转差率下运行阻尼绕组有过流发热而烧毁的危险。根据上述分析定子电流也大大超过额定值，定子绕组在大电流下长时间运行将应过热而烧毁。更为严重的是在烧坏定子绕组的同时烧坏定子铁心，使铁心的修复更加困难。

3、事故原因

上述事故的发生是由于机组失去励磁电流所致。是什么原因造成励磁电流消失？为此对可控硅励磁装臵进行了全面的检查，发现PLC及触发电路的交流供电电源模块损坏。因其工作指示灯安装在面板的背面，运行人员巡回检查未能及时发现。PLC及触发电路供电电源，是由交流220V供电电源模块和直流220V供电电源模块输出直流24V并联后供给的。当交流供电电源模块损坏后，直流24V电源只能由直流供电电源模块单独提供，而查找直流接地时又将直流供电电源模块的直流220V输入电源切断。这时24V电源中断，使可控硅因无触发信号而关断，从而造成转子励磁电流中断。随后转子绕组过电压保护动作，其保护晶闸管导通与灭磁二极管共同作用，为机组异步发电运行时转子的交变电流提供通道，使转子回路保持畅通。

4、 可控硅励磁装臵的改造

⑴加装交直流电源模块运行监视及故障报警装臵。可控

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硅励磁装臵PLC及触发电路为直流24V供电电源，在面板上分别增加交直流供电电源模块24V工作指示灯，当模块故障无输出时可发电源模块故障信号，以便于运行人员能直观地监视各电源模块的运行状况。

⑵增加转子电气失磁保护。由于可控硅励磁装臵一般情况下灭磁开关均在合闸位臵，仅靠灭磁开关辅助接点控制的机械失磁保护不能满足机组要求。如上述故障当转子电流为“0”向异步发电运行状态转变时，为阻止其转变应增加以判断转子电流为动作依据的电气失磁保护，即当转子电流小于80A时，机组便视为转子失磁、令电气失磁保护动作，发电机组出口开关及开灭磁开关断开，从而可以避免上述事故得发生。

此后，在一次调试过程中不慎将直流24V电源中断，机组电气失磁保护正确动作，从而杜绝了上述事故的再次发生。

5、 结束语

对于采用可控硅励磁装臵的发电机组，必须具备PLC及触发电路工作电源的监视功能，与此同时，在传统的机械式失磁保护的基础上，必须增加判断转子电流为启动条件的电气失磁保护。这对于我司改造类似机组和杜绝此类事故发生具有借鉴作用。

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