關(guān)于水輪發(fā)電機勵磁事故原因的剖析

李 軍

（四川明珠集團有限責(zé)任公司，四川 射洪629200）

某水電廠4臺75MW立式水輪發(fā)電組，其接線方式均采用發(fā)電機—變壓器組方式；且各個機組勵磁系統(tǒng)均采用機端自并勵系統(tǒng)；雙微機型勵磁調(diào)節(jié)器，供電方式為交直流雙供電。采用雙斷口滅磁開關(guān)；配有氧化鋅滅磁電阻器、轉(zhuǎn)子過電壓保護裝置。4臺機組均為雙微機電液調(diào)速器；供電方式為交直流雙供電。其中2號機組于2012年4月7日發(fā)生勵磁事故，現(xiàn)就事故原因及解決方法進行逐一的淺顯剖析。

1 事故發(fā)生過程

某水電廠2號機組事故發(fā)生前，其有功功率為75MW、無功功率為25Mvar；1號機組有功功率為5MW、無功功率為25 Mvar。2012年4月7日上午10時，因誤操作而造成廠用電交流中斷；并在6分鐘之后，直流系統(tǒng)蓄電池因設(shè)備故障而停止供電；同時導(dǎo)致交直流供電中斷約為1分鐘左右。當交流電源恢復(fù)供電時，發(fā)生線路對側(cè)開關(guān)后備過流保護動作跳閘現(xiàn)象；而1號、2號機組在發(fā)生強烈振動之后出現(xiàn)自動停機。事故發(fā)生后，2號機組滅磁柜內(nèi)部分設(shè)備被燒毀；機組上導(dǎo)冷油器水管接頭破損；推力油槽、發(fā)電機基礎(chǔ)螺栓均出現(xiàn)部分松動現(xiàn)象。

2 事故原因剖析

事故發(fā)生后，組織相關(guān)人員對事故發(fā)生原因進行系統(tǒng)分析與排除后發(fā)現(xiàn)，交直流供電中斷約為1分鐘左右時，自動勵磁調(diào)節(jié)器失去其工作電源，導(dǎo)致1號、2號機組失磁、失步；并造成電氣失磁等一系列保護裝備無法自動動作。此時，調(diào)速器則繼續(xù)維持原有開度，而1、2號機組的原動力未變。由于機組的失步使之進入到異步發(fā)電運行狀態(tài)，機組的轉(zhuǎn)速升高之后從系統(tǒng)吸收了大量的無功功率，進而導(dǎo)致過電流。因1、2號機組原始有功出力差異而導(dǎo)致滑差大小不同；這也造成吸收的無功功率以及產(chǎn)生的異步轉(zhuǎn)矩出現(xiàn)差異。由于，1號機組輸出功率接近為零，其滑差需求量極小，很小的異步轉(zhuǎn)矩就可使之進入到穩(wěn)步的異步運行。但是，因吸收無功功率相對過大之后，電流遠超額定負載，而導(dǎo)致線路對側(cè)開關(guān)后備過流保護動作，切除了對側(cè)線路開關(guān)；最終造成1、2號機組與系統(tǒng)主網(wǎng)解列，而形成了局部“小電網(wǎng)”。與此同時，由于“小電網(wǎng)”內(nèi)兩臺機組異步運行初始值不同，此時的被迫同步，必然會出現(xiàn)機組間振蕩；當交流電源恢復(fù)時，1號機組勵磁迅速恢復(fù)至運行狀態(tài)，而2號機組則因勵磁調(diào)節(jié)器未能恢復(fù)至工作狀態(tài)；此時，1號機組為了維持機端電壓而提供了強勵電流；最終，造成2號機組失步，造成了轉(zhuǎn)子回路發(fā)生較為嚴重的過電壓而使2號滅磁柜起火，燒毀了熔斷器、轉(zhuǎn)子過電壓保護氧化鋅電阻器等一些設(shè)備。

3 事故的防范措施

3.1 優(yōu)化勵磁調(diào)節(jié)器工作電源

由于原有的發(fā)電機組的勵磁調(diào)節(jié)器均采用外部交直流電源，均未采用機組勵磁變壓器作為其后備源，這也極大地降低了勵磁調(diào)節(jié)器工作電源的安全性與穩(wěn)定性，該原因也是造成本次事故的主要因素。另外由于交直流電源在同一時間內(nèi)短時中斷是極可能發(fā)生的，如果我們?nèi)钥梢栽诖似陂g內(nèi)保持各個機組的穩(wěn)定運行，其主要發(fā)電機組、設(shè)備等繼發(fā)性事故的發(fā)生率則相對降低。倘若未能及時給予勵磁變壓器提供電源，則必然就會導(dǎo)致機組發(fā)生失磁現(xiàn)象，而此時直流電源尚處于故障，也就無法有效保障保護可以完成正確的動作，最終可能導(dǎo)致事故擴大化[1]。因此，筆者認為可以將勵磁系統(tǒng)之中的變壓器電源作為調(diào)節(jié)器工作電源，以進一步提高電源的穩(wěn)定性，避免或降低事故的發(fā)生。

3.2 優(yōu)化轉(zhuǎn)子過電壓保護

由于受國內(nèi)轉(zhuǎn)子過電壓保護標準的影響，目前國內(nèi)的轉(zhuǎn)子過電壓保護尚未客觀考慮到非全相運行、大滑差運行等因素；這也導(dǎo)致一些事故多因轉(zhuǎn)子過電壓保護問題而導(dǎo)致水輪發(fā)電機組受損。筆者建議，應(yīng)對轉(zhuǎn)子過電壓保護予以優(yōu)化改造；使之在非正常情況下可以承受一定時間內(nèi)的非全相運行、大滑差運行（如可設(shè)計為20秒、30秒等。）

3.3 加強對直流系統(tǒng)的維管工作

我們可以從該電廠此次事故中發(fā)現(xiàn)，該電廠直流系統(tǒng)蓄電池發(fā)生老化現(xiàn)象且防硫化回路也未正式使用。與此同時，該電廠還將原有鉛酸蓄電池更換為質(zhì)量較好的免維護、合密封閥控蓄電池；但是，對其的維護管理工作落實不足，導(dǎo)致長期未能對其進行容量校核。在此次事故發(fā)生后的排查工作中，發(fā)現(xiàn)蓄電池組中多個電池內(nèi)阻很大，甚至個別的內(nèi)阻已經(jīng)接近開路；同時，還發(fā)生個別末端電池出現(xiàn)嚴重過充現(xiàn)象，而導(dǎo)致其一直處于不良的工作狀態(tài)。另外，直流系統(tǒng)也是電力設(shè)備控制、保護的重要設(shè)備；因此，我們必須全面加強對直流系統(tǒng)設(shè)備的日常維護、檢查、管理工作；并對蓄電池進行定期和不定期的檢查、維護工作，嚴格做好其容量檢測試驗；以避免因直流失壓而引發(fā)的各種生產(chǎn)事故。

3.4 定期對關(guān)鍵設(shè)備進行檢查、檢測

該電廠發(fā)生的勵磁事故，也暴露了對一些關(guān)鍵設(shè)備的檢查、檢測不及時，導(dǎo)致一些元器件老化、受損等。如氧化鋅電阻器對其所處的工作環(huán)境要求相對較高，高溫、潮濕、灰塵等均會導(dǎo)致其老化加快；因此，我們應(yīng)加強對氧化鋅電阻器的維護、管理與檢測工作。同時，還應(yīng)對一些跨接器，如觸發(fā)器、二極管、晶閘管等以及其回路均應(yīng)進行全面的檢測，以確保其可以按照正確的邏輯進行動作；采用滅磁開關(guān)輔助觸點做跨接器的，我們還必須對其與主觸頭之間的動作靈活度、時間配合是否合理等問題進行仔細的檢查、檢測[2]。

綜上所述，筆者針對2012年4月某水電廠2號水輪發(fā)電機組的勵磁事故原因進行了系統(tǒng)排查和分析；并就引發(fā)該事故主要原因——勵磁調(diào)節(jié)器工作電源非獨立；且沒有后備電源問題進行了優(yōu)化改造。同時，也應(yīng)從優(yōu)化轉(zhuǎn)子過電壓保護、加強對直流系統(tǒng)的維管工作、定期對關(guān)鍵設(shè)備進行檢查、檢測等方面入手，全面地加強對相關(guān)設(shè)備的維管工作，以避免或降低事故的發(fā)生。

［1］王忠禮,段彗達,高玉峰.Matlab應(yīng)用技術(shù)在電氣工程與自動化專業(yè)中的應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社,2007.

［2］孔大明,高潮,王永貴,等.水電廠發(fā)變組高壓側(cè)開關(guān)非全相故障仿真分析[J].水電自動化與大壩監(jiān)測,2009,33(02).