一起發(fā)電機組勵磁變燒毀事故分析

劉赟，鄒磊，胡海寧

(1.國網(wǎng)湖南省電力公司電力科學研究院，湖南長沙410007；2.國網(wǎng)湖南省電力公司長沙供電分公司，湖南長沙410015)

一起發(fā)電機組勵磁變燒毀事故分析

劉赟1，鄒磊2，胡海寧2

(1.國網(wǎng)湖南省電力公司電力科學研究院，湖南長沙410007；2.國網(wǎng)湖南省電力公司長沙供電分公司，湖南長沙410015)

文章分析了一起600 MW發(fā)電機組的勵磁變燒毀事故。通過對故障前后等值電路的差異開展理論分析，明確了事故的發(fā)展過程和故障原因，提出了減少此類故障的建議。

發(fā)電機組；勵磁變；燒毀；故障原因

勵磁變壓器通常用來給發(fā)電機勵磁裝置提供勵磁電源，勵磁變一般不進行冗余設計〔1〕， 因此，勵磁變的運行安全直接影響發(fā)電機組的安全。近些年，由于短路而造成勵磁變燒毀的事件時有發(fā)生〔2－5〕。本文針對一起發(fā)電廠勵磁變燒毀事件全過程分析，并列出了故障的預控措施，有助于類似故障進行分析、判斷和預防處理。

1 事故前系統(tǒng)簡介

2號發(fā)電機出口與勵磁變高壓側(cè)相連，通過發(fā)電機出口開關 (GCB)與＃2A，＃2B高廠變高壓側(cè)以及主變低壓側(cè)相連，勵磁變、＃2A，＃2B高廠變、主變帶負荷運行。定子電壓、電流正常，2號主變、＃2A，＃2B高廠變和勵磁變電流、電壓正常。二次方面，2號發(fā)電機、主變、勵磁變、＃2A，＃2B高廠變保護無動作，運行正常。勵磁變的主要參數(shù):型號ZLS09－X－6600/22，電壓組合22 kV± 2×2.5%/850 V，接線組別Ynd11。

2 外觀檢查和試驗情況

事故發(fā)生后，對勵磁變的外觀進行了檢查，并對其進行了絕緣電阻和直流電阻測量，高—低地和低—高地絕緣電阻滿足要求。

B－Y相直流電阻值偏大，應與測量方法有關。事故發(fā)生后，B相高壓側(cè)兩段繞組的串聯(lián)連接銅排斷裂，無法直接測量首尾兩端電阻，分別測量兩段直流電阻正常，可以判斷勵磁變的直流電阻無異常。

事故中勵磁變表面絕緣在電弧作用下?lián)p傷嚴重，高、低壓繞組部分絕緣已經(jīng)碳化。

3 事故發(fā)展過程

事故調(diào)查結(jié)合現(xiàn)場勘察、試驗檢測和故障錄波數(shù)據(jù)分析，事故原因逐漸明朗，故障發(fā)展分為三個階段。

3.1 第一階段

故障第一階段為故障開始發(fā)展到發(fā)電機定子接地。為方便描述，以事故當天9時7分18秒為時間基點。從－19 ms左右故障開始到定子接地時的165 ms，在這段時間內(nèi)發(fā)電機機端電壓幅值和相位是對稱的，保護也未見有信號發(fā)出，而勵磁變高壓側(cè)電流幅值緩慢增加，角度逐漸偏移，數(shù)據(jù)顯示勵磁變高壓側(cè)A，B，C三相電流由正常的負荷電流120 A左右逐漸增大，到165 ms發(fā)電機定子接地時A相電流為3.2 kA，B，C相電流約為1.8 kA，且B，C相角相差為9°，與A相差183°，見圖1。

圖1 第一階段故障錄波

3.2 第二階段

故障第二階段是發(fā)電機定子接地到發(fā)電機出口三相短路。165 ms時發(fā)電機定子A相發(fā)生金屬性接地故障，機端零序電壓21 kV，B，C相地電壓上升為線電壓。此時勵磁變高壓側(cè)電流突變至A相4.2 kA，B，C相電流為2.2 kA左右，B，C相電流基本同相位，與A相反相位。

在此期間 (190 ms時)由于勵磁變差動動作，出口汽機跳閘、跳發(fā)電機出口斷路器和滅磁開關，237 ms時發(fā)電機滅磁完成，轉(zhuǎn)子電流降至0，數(shù)據(jù)顯示滅磁開關動作前發(fā)電機定子電流基本維持在16 kA。由于該廠發(fā)電機的滅磁時間常數(shù)大于1 s，也就是說在即使滅磁開關斷開，發(fā)電機的機端電壓仍然維持緩慢下降，而此前存在接地故障在機端剩余電壓作用下仍然維持，接地產(chǎn)生的弧光也繼續(xù)維持，其產(chǎn)生的高溫氣體一直維持在勵磁變密閉的殼體內(nèi)，到517 ms時形成了A，B相相間短路，到541 ms時形成了A，B，C相三相短路。至此為故障發(fā)生的第二階段，故障錄波圖見圖2。在此期間只有勵磁變發(fā)出了差動保護動作。

3.3 第三階段

圖2 第二階段故障錄波

第三階段為發(fā)電機相間短路。由于發(fā)電機相間前機端電壓尚有18 kV左右，相間短路造成發(fā)電機定子流過巨大的短路電流，對發(fā)電機造成沖擊。發(fā)電機差動保護動作在541 ms時發(fā)出，屬正確動作。

從勵磁變差動跳開滅磁開關到機端三相短路期間，由于發(fā)電機出口GCB斷開，發(fā)電機和勵磁變構(gòu)成回路，流過發(fā)電機的電流同時也流過勵磁變故障點和勵磁變本體。從故障錄波圖上可以清楚看到，從滅磁開關跳開到發(fā)電機出口三相短路期間，發(fā)電機定子三相電流與勵磁變高壓側(cè)TA測得的電流存在一致對應的關系；說明了發(fā)電機出口三相短路前勵磁變高壓側(cè)TA一直正常工作的，而在發(fā)電機出口三相短路后由于承受不了巨大的弧光和電流，勵磁變A，B相TA先后損壞，而從錄波圖上看C相TA始終能夠正常測量故障電流；同時從故障開始發(fā)展，到發(fā)電機滅磁這段時間內(nèi)，從錄波數(shù)據(jù)上可以看到，勵磁變低壓側(cè)的電流始終維持在3 kA左右，三相也始終保持對稱。

4 事故原因分析

1)第一階段

此階段故障原因為勵磁變A相與其中性點非金屬性短路造成，此時其故障等效電路圖見圖3。

從電路上來分析，相當于在勵磁變A相繞組支路旁接一個電阻。隨著流過旁接電阻電流的增大，電路的不對性加劇，A，B，C相電流不對稱性也隨之增大 (故障電流的疊加作用)。此過程為非金屬性短接，定子20 kV母線系統(tǒng)A，B，C三相電壓維持穩(wěn)定，勵磁變低壓側(cè)電流維持穩(wěn)定，短路放電程度還不夠強烈。

圖3 故障第一階段示意圖

高壓A相繞組首尾間的環(huán)氧樹脂桶表面和頂部低壓側(cè)B相母排連接片有明顯電弧燒傷痕跡，如圖4?？纱_定該處為故障第一階段故障點。

圖4 被電弧燒傷的表面

2)第二階段

故障發(fā)展為勵磁變A相和中性點短接金屬性接地故障，此時A相失壓，B，C相電壓變?yōu)榫€電壓，同時勵磁變A相繞組首端和中性點短接接地。在比較故障前后電路特征后，根據(jù)疊加原理，相比正常運行時，故障后電路相當于在勵磁變A相疊加了一個與原電動勢相反的電動勢，故障電流的流向見圖5，此時回路中流通的電流為等效疊加電源單獨作用時電路中流過的電流加上正常運行時負荷電流。因發(fā)電機中性點為高阻抗接地，回路零序阻抗較大，在與大地構(gòu)成的零序回路中的電流較小。因此，A相電流約等于為B，C相電流之和，而相位則與之相反。

圖5 A相金屬性接地時故障電流流向

3)第三階段

隨著回路中故障電流的增大，在電熱和電動力的共同作用下，勵磁變高壓側(cè)三相電流互感器爆炸，且伴隨著弧光和高溫氣體，B，C相相繼對地短路，最終造成三相對地短路，三相電路恢復對稱，此時短路電流達到50 kA以上，封母與勵磁變的連接線燒斷，見圖6。

圖6 高壓側(cè)TA損壞

4)綜合分析

結(jié)合錄波圖、保護動作情況以及現(xiàn)場的檢查情況，確定本次故障部位位于勵磁變高壓側(cè)TA與勵磁變高壓繞之間，A相繞組線端對中性點非金屬性短路，逐漸發(fā)展為金屬性接地故障，并在接地弧光的作用下發(fā)展為三相短路故障。

5 結(jié)束語

為預防由于非金屬性短路造成勵磁變燒毀事故的發(fā)生，應充分重視勵磁變的選型和驗收，選用有豐富制造經(jīng)驗、良好運行業(yè)績、通過嚴格試驗的廠家產(chǎn)品。同時，應加強對勵磁變的出廠檢測和運行中的預防性試驗，加強紅外測溫，特別是高溫重負荷期間應縮短檢測周期。

〔1〕趙小瑩，廖虹煒.發(fā)電機勵磁變壓器幾個關鍵問題的分析〔J〕.變壓器，2011，48(6):49-51.

〔2〕尚雄英.一起600 MW機組勵磁變壓器故障分析及處理 〔J〕.安徽電力，2014，31(2):15-17.

〔3〕孫國彬.淺析勵磁機故障原因與消除措施 〔J〕.電機技術，2005(2):54-55.

〔4〕祁永寨.勵磁變壓器故障分析與探討 〔J〕.山西電力，2005 (1):47-49.

〔5〕郭建.勵磁變壓器事故分析與短路電流計算 〔J〕.電力自動化設備，2002，22(12):47-49.

Analysis of a Generator Set Excitation Transformer Burned Accident

LIU Yun1，ZOU Lei2，HU Haining2
(1.State Grid Hunan Electric Power Corporation Research Institute，Changsha 410007，China；2.State Grid Hunan Electric Power Corporation Changsha Power Supply Company，Changsha 410015，China)

This paper analyzes a 600 MW generator set excitation transformer burned Accident.Through the theoretical analysis of the difference of the equivalent circuit before and after the accident，the development process and reasons ofthe accident are defined，and the suggestions for reducing the fault are proposed.

generator set；excitation transformer；burned；reasons of the accident

TM407

:B

:1008-0198(2017)02-0076-03

10.3969/j.issn.1008-0198.2017.02.019

2016-11-14

劉赟(1981)，湖南湘潭人，碩士，高級工程師，主要從事變壓器專業(yè)研究。