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励磁系统转子过电压检测回路引起的故障分析

更新时间:2016-07-05

励磁系统与电力系统稳定有着密切的关系,在维持发电机电压、系统故障时电压快速恢复、提高电力系统动态稳定性等方面发挥重要作用[1-2]。励磁系统中设置转子过电压保护装置,用于保护运行中的发电机和相连设备免遭非允许的过电压危害。在过电压倍数很高的情况下,保护的跳闸命令可以快速切除相关设备;在过电压倍数不高的情况下,保护的跳闸命令延时较长,让电压自动装置有机会将电压调整到正常运行水平。过电压产生的因素很多,可能由于手工误操作励磁系统、电压自动调节装置的误动作、发电机甩负荷及将发电机从电网中解列而产生,也可能在发电机脱离电网单独运行时产生。转子过电压检测回路用于判断识别过电压因素及过电压情况的严重程度,检测回路工作正常是转子过电压保护装置动作正确的前提。一旦发生转子过电压保护误动,可能造成机组强迫停运或电力供应中断,给发电企业的正常运行带来较大影响。笔者采用理论研究和现场验证的方法,分析了一起机组出线单相接地故障恢复过程中励磁系统转子过电压保护回路存在一定问题导致的非正常停机事故案例,并提出了相应的改进措施及建议。

1 机组参数及转子过电压保护

1.1 机组参数

某电厂300 MW火电机组发电机型号为QFSN-300-2-20,励磁系统采用带有主励磁机和副励磁机的三机方式,励磁调节器型号为Unitrol 6080,相关技术参数见表1。

表1 发电机及励磁机技术参数

参数数值发电机额定功率/MW300发电机额定容量/(MV·A)353发电机额定电压/kV20发电机额定电流/A10190发电机额定励磁电压/V463发电机额定励磁电流/A2203发电机横轴同步电抗/%199.7主励磁机额定容量/(kV·A)1670主励磁机额定电压/V450主励磁机额定电流/A2143主励磁机额定励磁电压/V74.5主励磁机额定励磁电流/A169副励磁机额定容量/(kV·A)75副励磁机额定电压/V182.5副励磁机额定电流/A240副励磁机额定频率/Hz400

1.2 转子过电压保护原理

转子过电压保护的基本电路及原理是1组正反向并联的可控硅串联1个放电电阻后再并联在励磁绕组两端,当可控硅的触发器电路检测到转子过电压后,立即发出触发脉冲使可控硅导通,利用放电电阻吸收过电压能量[3]

目前,在大型发电机组上,普遍使用的转子过电压保护装置是跨接器(Crowbar)。对于Unitrol 6080励磁系统,其转子过电压保护装置主要由跨接器、触发回路、转子过电压检测元件转折二极管(BOD)、电流继电器及灭磁电阻等组成(见图1)。当发电机机端出现如短路、非同期并列或异步运行故障时,会在发电机转子上感应出磁场电流并在转子回路中产生过电压,当过电压值达到BOD的动作阈值时,该装置检测转子回路中的正向和反向过电压,触发导通相应的可控硅将灭磁电阻并联到转子两端,同时通过电流检测启动磁场开关瞬时跳闸[4]。K1、K2、K3分别接入不同的跳闸信号(保护动作、灭磁开关跳闸、励磁调节器故障),在跳闸信号动作时导通V1、V2,将R02接入转子两端。正常运行时,如果出现超过A02板定值的过电压时,A02板将导通V1或V2,使R02接入转子两端[5]

V1—正向可控硅;V2—反向可控硅;A02—转子过压感应板;R02—非线性灭磁电阻。

图1 转子过电压保护装置图

2 故障情况

2016年1月23日,该机组正常运行,发电机有功功率300 MW,无功功率160 MV·A,转子电压404 V,转子电流2 030 A,主励磁机定子电流105 A,副励磁机定子电压202 V,励磁调节器(AVR)输出电压(主励磁机转子电压)49 V。

综合以上分析,该机组跳机的直接原因是转子过电压保护动作,根本原因是灭磁开关辅助接点过流黏合,转子过电压硬件回路存在设计缺陷问题。

15:03:18, 分布式控制系统(DCS)报警信号发“故障录波器启动”、“发电机失磁保护动作”、“4A/4B快切装置动作”。

随后发电机跳闸,汽轮机联跳,锅炉主燃料跳闸(MFT); 6 kV厂用电切换正常。

信号Rel Rotor Slip可选择跨接器是否能再触发,现场AVR装置参数该信号没有选择,即于逻辑中为0。当机组在并网运行时(Field Breaker is Closed),若由于某些原因使得跨接器硅堆中的可控硅触发导通(例如主励磁机转子电压因故障升高至AVR装置过电压保护定值,BOD元件会被转折使跨接器硅堆中的可控硅V1导通),此时主励磁机转子、跨接器可控硅、灭磁电阻会形成一个回路,主励磁机转子上的电流通过该回路续流。电流继电器检测到跨接器回路上的电流大于保护定值后,其触点1、2会吸合,使正向负向电流过大(Positive or Negative Current Flow)信号发出,若100 ms之后该信号仍存在,即主励磁机转子电压仍大于过电压保护定值,且没有外部跳闸信号(External Trip),就会产生“过电压故障”信号,AVR装置会发一个跳闸指令,使灭磁开关跳开并进行灭磁指令。

2.1 检查发变组保护柜

故障录波器记录整理如下:

(1) 15:03:10.764外部电网系统发生波动,主变高压侧中性点零序电流增至0.21 kA,发电机C相电压降低约5%,故障持续72.8 ms。

(2) 励磁系统跟随增励磁,主励磁机的转子电流升高至1.67倍额定值(额定电流135 A)。

(3) 72.8 ms后,故障消失,电压恢复,励磁调节器快速减励磁,快速减励磁过程中主励磁机转子过压保护动作。

(4) 102 ms后,调节器发出“AVR内部故障”信号,726 ms后励磁调节器出口灭磁开关Q02跳开,4.537 s后发电机失磁保护动作,5.062 s后发电机主开关跳闸,机组停机。

调取发变组故障录波图(见图2),可以查到事故发生后500 ms,失磁保护1段动作,定值和动作时间均正确。但是,灭磁开关分开前,先是主励磁机转子上出现了反向电压,随后AVR装置故障信号发出,故需要重点检查励磁系统相关回路。

图2 发变组故障录波图

2.2 检查励磁调节柜

(1) 励磁调节器柜内设备检查,未发现二次接线有绝缘损坏、发热、异味等现象。

与转子过电压装置硬件回路对应有转子过电压保护软件逻辑,其逻辑框图见图4。

(3) 调阅并整理励磁调节器事件记录见表2。

表2 励磁调节器事件记录

项目备注I通道(CH1)事件CH1;M/S;15:03:12.2665;Error;21112;CrowbarOVFlt;ActiveCrowbar过电压保护动作CH1;M/S;15:03:12.2693;Error;23007;Tripl;Active跳闸动作CH1;M/S;15:03:12.2693;Information;23404;Operation;Resolved并网状态消失(发电机出口断路器分闸)CH1;M/S;15:03:12.2932;Error;21191;PassiveCHTrip;Active备用通道跳闸CH1;M/S;15:03:12.5490;Information;23407;TRTrig;Active故障录波触发启动CH1;M/S;15:03:16.4692;Error;21184;ExtermalTrip;Active外部跳闸II通道(CH2)事件CH2;M/S;15:03:12.2665;Error;21112;CrowbarOVFlt;ActiveCrowbar过电压保护动作CH2;M/S;15:03:12.2692;Error;23007;Tripl;Active跳闸动作CH2;M/S;15:03:12.2754;Information;23404;Operation;Resolved并网状态消失(发电机出口断路器分闸)CH2;M/S;15:03:12.5505;Error;23407;TRTrig;Active故障录波触发启动CH2;M/S;15:03:16.4694;Error;21184;ExtermalTrip;Active外部跳闸

由表2可见跳闸的直接原因是Crowbar过电压保护动作。重点检查Crowbar过电压保护回路。

2.3 检查转子过电压保护回路

(1) BOD元件检测。动作电压2 605.5 V,BOD元件功能正常。

(2) 电流互感器(T02)元件检测。节点1、2动作值69 A,节点3、4动作值73 A,误差属于正常范围,未发现异常。

其次是系统建设问题。从20世纪80年代末期开始建设的业务系统,到CCIC综合查询系统,到金盾一期全国主要的业务系统实现了统一,到综合查询系统,到警务综合平台,再到大情报系统……我们花费巨资建设的信息系统种类繁多,层出不穷,20多年的系统建设,我们就像“狗熊掰棒子”一样,不断地建设、废弃、再建设、再废弃……而这些信息系统的功能都是增、删、改、查,只是起到档案数据库的作用,只能用于核查某类信息,各地“发明”的技战法只是各类信息的查询,根本谈不上分析功能。各类技战法的活跃,残酷而真实地揭示出现有系统建设的“弱智”。

跨接器过电压保护动作的原因是Q02开关辅助接点没能正常切换,造成跨接器灭磁用K2继电器一直处在动作状态,对应的可控硅门极一直接受到触发信号,一旦给该可控硅施加正向电压,上负下正V2就会导通,使得主励磁机转子、跨接器可控硅、灭磁电阻形成了一个回路。

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(5) 灭磁开关辅助触点检查。拆开设备上的辅助触点观察,发现触点31、32、34有过流烧坏的迹象(见图3)。触点31为公共点,正常情况下触点31、32为常闭点,触点31、34为常开点。烧坏后无论灭磁开关处于合或分状态,触点31、32一直是闭合状态,触点31、34一直是常开状态,不会有任何变化。初步判断:灭磁开关辅助接点没能正常切换是造成K2继电器动作的原因。

图3 损坏的灭磁开关辅助触点照片

3 原因分析

3.1 转子过电压保护逻辑

(2) 励磁调节器跨接器接线和可控硅检查未见异常。

图4 过电压保护逻辑框图

15:39:00,机组转速到零,盘车投入正常。

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3.2 灭磁开关辅助触点分析

灭磁开关Q02辅助触点的型号为AUX-C 3Q1SY-Cable 250VAC/DCT4/6,其容量为0.3 A(110 V),常开常闭共用公共端。灭磁开关正常闭合时,触点31、32由闭合变为断开,触点31、34由断开变为闭合。当AVR装置发出分灭磁开关指令(继电器K280吸合)时,由于二跳线圈的阻值只有140 Ω左右且是一个纯电感元件,回路电压110 V,辅助触点在断开的一瞬间会产生很大的过电压,烧坏该对触点,导致触点31、32贴合后无法断开,不能正确动作(见图5中虚线)。

图5 触发K2继电器导通的灭磁开关辅助接点

3.3 电流继电器的触点分析

AVR装置的电流继电器T02型号是1.1/4 kV/2 kV,有1、2和3、4共两对常开触点,动作定值为40 A。机组在运行过程中,若电流继电器检测到跨接器回路中有大于40 A的电流存在,其触点1、2及触点3、4会同时吸合。触点1、2吸合后,若经过100 ms该触点仍处于吸合状态,AVR装置就会发出“过电压故障”;但同时一旦触点3、4吸合,不会有任何时间的延迟,图5中的分闸继电器K200就会动作去分灭磁开关,并发出AVR装置内部故障信号。此硬件回路设计与第3.1节中所述的软件逻辑设计存在不一致的问题。而事实上,在双通道励磁系统中,并不需要设计此硬件回路。图6给出了故障发生时灭磁开关分闸动作时序,灭磁开关分开前,先是主励磁机转子上出现了反向电压,随后T02的3、4触点动作,分闸继电器K200动作分灭磁开关,并发出AVR装置内部故障信号。

(二)现状水质不达标的水功能区,如果入河污染物削减量不大,近期可以达到水质管理目标,则以水功能区的纳污能力作为限制排污总量;如果入河污染物削减量较大,需以实现水质管理目标为控制条件,分阶段拟定限制排污总量控制方案。

图6 灭磁开关分闸动作时序

3.4 综合分析

(4) 跨接器K1、K2继电器检查。励磁调节器正常运行时,K1继电器不动作,状态正常;K2继电器在动作位置,状态不正常。

酒店前场功能区包括各类餐厅和会议区等区域,大开间区域通常采用集中送风空调系统,而小开间、包间和会议室等小空间通常采用风机盘管。

当外部电网系统发生波动,励磁系统跟随增励磁,系统故障消失后,励磁调节器快速减磁时产生反向电压,V2导通引起跨接器T02继电器动作,励磁调节器“AVR内部故障”,Q02开关跳闸,发电机失磁。

Q02开关跳闸2回路采用的辅助接点容量不够。由于调试和试验过程Q02开关跳闸2回路会多次接通,流过辅助接点电流引起辅助接点动触头变形,造成Q02开关跳闸2用辅助接点不能够正常切换。

知识点的教学过程设计是课程设计的基础和关键性工作。对于知识点的教学设计大致分为以下几步:首先,确定知识点名称及其在知识框架中的位置,明确知识点所需要达到的目的与要求。其次,思考如何对知识点进行导入,设计多少个PPT页面对知识点进行不同层次的分析与展示,每个页面内容所需要讲解的要点。最后,从知识点介绍与导入、分析与阐述、巩固与提升等方面,对在线视频内容进行详细设计,实现SPOC课程视频的脚本设计[6]。

4 改进措施

针对此跳机事件,提出以下改进措施及建议:

(1) 将电流继电器T02的触点3、4接线解除,暂不参与跳闸,保留触点1、2参与过电压故障报警。

(2) 更换灭磁开关辅助接点,鉴于该继电器参与跳闸逻辑且存在常开常闭共用公共端的现象,建议将继电器改用独立的辅助接点,确保分合闸回路的可靠性。

(3) 在机组大修期间对跨接器进行检测,包括触发板、BOD、电流互感器等,并对灭磁开关辅助触点进行重点测试。

(2)从modelA所产生的数据中,挑选治愈概率较大的(Pi>0.5),同时满足将其协变量带入modelB所得治愈概率较小(Pi<0.5)的患者n/3例,获得数据集dataA+B-,这些是对处理组A敏感的亚组,Subgroup=A。产生二分类结局变量Yi=rbinom(1,1,A_Pi)。

(4) 制定备件储备定额,定额数量宜不少于10%,包括但不限于灭磁电阻及转子过电压保护组件[6]

在收集资料之前,首先要确定资料收集的范围和评价标准,以确定其是否是学习中应该使用的资料,资料的内容应与指定的学习目标一致,也就是说学习者在收集资料的同时,检验收集到的资料是否符合既定目标;其次,资料的内容还应符合学习者已有的知识结构,资料的难度应该取其中间值,使学习者通过努力以后能够内化到自己的知识结构中,这样的资料收集才是有效的。如在语法教学中涉及到虚拟语气的内容,这个语法项目学生在中学阶段就学过,但是由于这是语法学习中的难点,而且中学阶段学得比较浅,那么在大学阶段学习的时候,学习这就可以在已有的对虚拟语气认知的前提下去收集一些以前没有学到的知识点,除了一般的共性之外还有一些特例。

(3) 跨接器硅堆元件检测。 对跨接器硅堆中两个可控硅施加600 V耐压时的漏电流均为0.14 mA,属于正常范围,未发现异常。

(5) 加强运行巡检与设备点检,及时发现与控制事故隐患。

(6) 对继电保护与励磁系统间的配合关系进行认真梳理,对不合理的部分及时修改,确保机组安全运行。

以用途为基准对项目管理中涉及到的数据进行科学的划分,主要分为:以计算为主导的数据,在确保有效的基础上完成计算处理,例如:工程时限和工作内容等[4]。以查询为基准的数据,例如:工程项目的类型和项目的质量等。以补充为主导的数据,主要体现在施工项目的延期原因。

5 结语

转子过电压保护是对发电机设备的重要保护措施,关系到机组的安全稳定运行,但在系统投运后发电企业对该保护硬件回路及软件逻辑的关注度不高。笔者针对此次跳机事件以Unitrol 6080励磁系统的转子过电压装置为例进行了分析,并提出了防范措施与建议,以期对于采用同类型励磁调节器的发电企业防止类似事件发生起到一定的借鉴作用。

参考文献

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河北省在开展电力、供水、采掘、化工、冶金、地温空调等建设项目水资源论证工作的基础上,探索了工业园区、产业发展规划、高速公路(铁路)等水资源论证工作,拓展了水资源论证工作范围,强化了论证工作的功能。新批取水量中非常规水占30%左右,促进了用水方式的转变。

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在执行会计集中核算机制过程中,最大的问题就是财务管制与会计核算没有关联性。[2]在单位中虽然设置了财务管制这一职位,但是通常是由会计核算中心来开展单位的会计核算作业。在核算中心没有安排专门的会计以及出纳,报账员自己完成了核算这一项工作,这就不利于单位经济的顺利发展。

[3]孟凡超,吴龙. 发电机励磁技术问答及事故分析[M]. 北京: 中国电力出版社, 2008.

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[4]王君亮. 同步发电机励磁系统原理与运行维护[M]. 北京: 中国水利水电出版社, 2010.

[5]李大公,熊尚峰,洪权,等. 转子过电压保护的有关问题分析[J]. 湖南电力, 2013, 33(2): 31-34.

[6]国家发展和改革委员会. 大中型水轮发电机自并励励磁系统及装置运行和检修规程: DL/T 491—2008[S]. 北京: 中国电力出版社, 2008.

李诚帅,浦晓君,吴方元,罗海冰
《发电设备》 2018年第02期
《发电设备》2018年第02期文献

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