發電廠勵磁變故障分析和保護配置分析

高永峰 張權 韓青云 江連囯

摘要：在水力、火力發電廠中，發電機端電氣設備故是具有較高障率的，具體的故障情況有發電機PT故障、發電機PT一次保險故障、發電機CT二次回路開路、勵磁變故障、勵磁變高壓側三相短路、主變低壓側封閉不嚴進水、封閉母線封閉不嚴進水等。上述故障中，最常見的會導致發電機定子接地故障，最嚴重的是勵磁變高壓側發生三相短路，將導致發電機設備損壞。本文以北方公司下屬某電廠#6機660MW超臨界燃煤發電機組發電機跳機事故為例，對發電機端出現的故障進行分析;對故障發現后所進行故障處理，進行相關參數試驗;對日常檢修工作中暴露的安全生產管理、人員管理等問題進行分析;對暴露的問題從崗位責任、人員管理、事故缺陷問題剖析、工作制度等幾個方面進行整改;對發電機端進行保護配置，監測發電機運轉情況，發現問題解決問題，減少經濟損失。

關鍵詞：電氣設備? 勵磁變壓器? 故障? 設備損壞

Analysis of Fault Analysis and Protection Configuration of Excitation Transformer in Power Plant

GAO Yonggfeng1? ZHANG Quan1? HAN Qingyun2? JIANG Lianguo2

（1.Inner Mongolia Shangdu Power Generation Co.， Ltd.， Xilinhot， Inner Mongolia Autonomous Region， 027200 China; 2.Xilin Gol Thermal Power Co.， Ltd.， Xilinhot， Inner Mongolia Autonomous Region， 026000 China）

Abstract： In hydraulic and thermal power plants， generator terminal electrical equipment is with high disability rate. The specific fault conditions include generator PT fault， generator PT primary insurance fault， generator CT secondary circuit open circuit， excitation transformer fault， three-phase short circuit at the high-voltage side of excitation transformer， lax water inlet at the low-voltage side of main transformer， lax water inlet at the enclosed bus， etc. Among the above-mentioned faults， the most common one will cause a generator stator ground fault， and the most serious one is a three-phase short circuit on the high voltage side of the excitation transformer， which will cause damage to the generator equipment. In this paper， the generator jump accident of unit 6 660MW supercritical coal-fired generator set in a subordinate power plant of North Company is taken as an example to analyze the failure of generator end. Conduct relevant parameter test for fault treatment after fault discovery; Analyze the safety production management， personnel management and other problems exposed in the daily maintenance work; Rectify the exposed problems from the aspects of post responsibility， personnel management， accident defect analysis， work system， etc; Protect the generator terminal， monitor the operation of the generator， find problems， solve problems and reduce economic losses.

Key Words： Electrical equipment; Excitation transformer; Failure; Equipment damage

1? 勵磁變壓器概述

隨著科技進步，我國工業化進程的快速提高，對電力資源的需求量越來越大，至此電廠的大容量機組的需求也迫在眉睫。發電機勵磁系統作為發電廠的一個起機的重要部分，發電機的勵磁方式已由原有的交流勵磁機勵磁方式轉變為靜止自勵勵磁方式，勵磁變壓器作為靜止自勵勵磁系統的關鍵部件，勵磁變備受供應商和電廠運行檢修部門的重視。因為勵磁變一旦出現故障，會導致發電機停機，并且要進行長時間故障搶修及事故分析，有時甚至還會造成設備損壞等一系列問題，直接影響到電廠的正常運營產能，也影響到用電企業的正常生產^[1]。目前，電廠中的勵磁系統中的勵磁變壓器的絕緣方式主要有樹脂澆筑干式、無堿玻璃纏繞干式變壓、MORA型干式變壓器、NOMEX型干式變壓器、新型合成脂油浸變壓器5種絕緣方式。勵磁變壓器可以穩定電力系統正常運行，抑制或者消除電力系統受到干擾時穩定同步電機轉速，保證同步電機運行穩定;可以保持發電機在增負荷或者甩負荷的過程中保持發電機端電壓穩定，進而保證供電質量;可以使發電機功率極限和電力系統傳輸功率得到提高;可以減緩系統發生短路故障時，通過勵磁調節使得短路電流衰減緩慢，進而提高保護裝置動作的可靠性;可以平衡并網運行時各臺發電機之間的無功功率，通過使用勵磁變壓器合理分擔系統所需無功。通過上述種種作用，可以看出勵磁變壓器作為勵磁系統的重要部件，對發電機的安全運行、設備保護、節約能源有著重要作用^[2]。

2 案例分析設備簡況

電廠#6機組為660MW 超臨界燃煤發電機組，配置哈爾濱鍋爐廠有限責任公司設計、制造的HG-2141/25.4-HM15 型超臨界變壓運行直流鍋爐，鍋爐形式為一次再熱、單爐膛、四墻切圓燃燒方式、尾部雙煙道結構、采用煙氣擋板調節再熱汽溫、固態排渣、平衡通風、全鋼構架、密閉布置、全懸吊結構Π型爐。汽輪機為東方汽輪機廠引進日本日立公司的技術設計和制造的，型號為NZK660-24.2/566/566，型式為超臨界、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、直接空冷凝汽式汽輪機。發電機是東方電機股份有限公司引進日本日立公司（HITACHI）技術制造的QFSN-660-2-22型，發電機為汽輪機直接拖動的隱極式、二極、三相同步發電機，采用水氫氫冷卻方式、定子繞組采用水內冷方式、轉子繞組和定子鐵芯用氫內冷方式。

3? 事故分析

3.1? 事故前工況

2021年07月31日04：39 #6機組負荷335MW，#1、3、4、5、7制粉系統運行，#1凝泵變頻運行，#1、2給水泵運行，#1、2引、送、一次風機運行。

3.2? 事件經過

2021年7月31日04：40：03發變組跳閘，汽輪機跳閘，鍋爐滅火。發變組跳閘首出為“發電機電子接地保護”動作，汽輪機跳閘首出為“發變組保護動作”，鍋爐滅火首出為“汽輪機跳閘”。就地檢查發現勵磁變高壓側與CT軟連線線鼻子壓接頭燒斷。

3.3? 原因分析

現場檢查情況：事件發生后就地檢查發現勵磁變高壓側與CT軟連線線鼻子壓接頭燒斷，檢查放電處無雜物掉落的殘跡。經做勵磁變高壓側CT及勵磁變本體試驗無異常，檢查A、B兩項同一位置，發現A、B相此處線鼻子接線未壓緊，具體見圖1所示，從而判斷C相此處燒斷也是由于線鼻子未壓緊，接線松動過熱燒損拉弧放電，具體見圖2所示。

3.4? 故障曲線分析情況

2021年07月31日04時40分01秒957，機組故錄顯示發電機機端電壓U_a=84.556V，U_b=92.209V，U_c=12.686V，發電機出口零序電壓由0V突變至93.476V，發電機中性點零序電壓由0V突變至121V，中性點電流由0A突變至1.173A，C相機端電壓降低，此時發生C相接地短路。04時40分02秒982，發變組保護A套和B套均報定子接地保護動作，機組解列，04時40分03秒024，10KV廠用電切換成功。具體勵磁變差動保護定值見表1所示，具體RCS-985B勵磁后備保護定值見表2所示。

4.1? 勵磁變高壓側C相CT試驗

（1）絕緣電阻：>100G?合格。

（2）交流耐壓：試驗電壓59kV，耐壓1min，試驗合格。

（3）變比及伏安特性試驗：電流互感器銘牌變比300/5，實測4組變比分別為300/5.02、300/5.01、300/5.01、300/5.01;保護級兩組線圈伏安特性曲線平滑，拐點電壓、拐點電流分別為91.312Urms、0.0889Arms，91.079Urms、0.0894Arms，試驗合格。

4.2? 勵磁變試驗

（1）勵磁變高低壓側絕緣。高壓側100GΩ，低壓側100MΩ，試驗合格。

（2）勵磁變高低壓側直阻。高壓側：AB為388.6m?;BC為388.5m?;AC為388.4m?;低壓側：ab為0.3615m?;bc為0.3610m?;ac為0.3593m?;試驗合格。

總結：在04時40分01秒957時，勵磁變高壓側C相與CT軟連線線鼻子壓接頭燒斷，拉弧引發接地故障，致使發變組定子接地保護動作。

5? 暴露問題及防護措施

具體暴露問題如下。

（1）安全生產責任制落實不到位。對設備的管理不深不細。對全廠勵磁變CT類似的接頭接線存在的風險認識不足。在歷次檢修中沒有認真檢查，設備責任人沒有盡到職責。

（2）生產管理基礎不扎實，技術監督管理存在漏洞，對電纜接線鼻子的壓接工藝重要性認識不足，在歷年的機組檢修中未組織人員對電纜接線鼻子的壓接情況開展全面的技術監督檢查。

（3）隱患排查工作不到位，對高壓電纜接頭存在的隱患排查管理不細，未能及時發現#6機組勵磁變CT軟連接線存在的線鼻子壓接工藝不合格隱患。

（4）檢修管理不到位，機組狀態檢修工作開展不細，流于形式，工作不嚴謹，對電纜接頭測溫工作抓得不實，相關檔案及測溫記錄不全面。具體防范措施如下。

第一，加強責任制落實，嚴格各級生產管理人員職責，提高“設備治理提升年”的管理水平。

第二，生產管理部、檢修部電氣檢修隊加強管理，認真落實人員責任，做好技術監督工作和反事故技術措施。

第三，將#6機組勵磁變CT軟連接線更換為新型無接頭銅排連接。同時要舉一反三開展設備隱患排查治理工作，利用機組檢修機會，對全廠高壓電纜接頭進行逐項排查，發現設備隱患要及時處理、徹底消除，避免類似不安全事件再次發生。

第四，加強檢修管理，完善狀態檢修工作。電氣專業增加電纜接頭檢查項目，分別對#1-6機組高壓電纜接頭建立檔案。做好定期巡檢測溫工作，完善測溫記錄。其他各專業以此為鑒，嚴細風險隱患排查，完善機組檢修策劃和狀態檢修工作^[3]。

6? 保護配置

為了切實保護勵磁變壓器尤其是發電機，要充分重視勵磁變壓器保護的投用及定值的整定。當前北方公司下屬某電廠委托北京中恒博瑞數字電力科技有限公司計算保護定值正在實施中，北方公司下屬某電廠應與之溝通，按照華能集團生產部的意見，投入勵磁變的快速保護（差動、電流速斷）^[4]，勵磁變保護及定值參考原則如下。

（1）當勵磁變壓器保護裝置分別設有差動（含差動速斷）、速斷、過流、過負荷保護時，上述保護均應整定投入。

（2）盡可能采用勵磁變壓器差動保護作為主保護，應適當提高差動啟動電流值，按（0.6～0.8）In整定為宜，建議按0.8In整定，以防止誤動;差動速斷保護動作電流值，按（8～10）In整定為宜，建議按8In整定;出口方式：全停、啟動失靈、切換廠用電。

（3）采用勵磁變壓器速斷保護作為主保護，動作電流I_op.I按最大運行方式下躲過勵磁變低壓側三相短路條件整定，動作時限取t_op.I=0s;出口方式：“全停、啟動失靈、切換廠用電”。

（4）采用勵磁變壓器過流保護作為后備保護，動作電流I_op.II按躲過發電機強勵條件整定，靈敏度按發電機未并列時勵磁變低壓側兩相短路計算，靈敏系數K_sen≥1.5;其動作時限與差動、速斷保護動作時限0s配合，取t_op.II=0.5s;出口方式：全停、啟動失靈、切換廠用電。

（5）勵磁變過負荷保護，動作電流I_op按勵磁變額定電流下可靠返回條件整定，動作時限按躲強勵時間10s整定，取t_op=10+1=11s;出口方式：發信^[5-6]。

7? 結語

設備中，勵磁變是最薄弱點，勵磁變由于工作電壓高、功率大、發熱嚴重，導致勵磁變本身故障率較高。勵磁變一旦發生絕緣故障，對勵磁變采用三相一體的30萬機組，勵磁變故障容易發展成發電機相間短路的嚴重故障，造成嚴重設備損失。60萬及以上機組雖然采用單相勵磁變組接線方式，但勵磁變故障仍然存在較大的安全風險。

參考文獻

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