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1、2019/10/31,1,励磁系统故障分析,2019/10/31,2,一、人为小失误酿成大事故 二、原理缺陷导致的事故 三、安装不当导致的事故 四、器件失效导致的事故 五、日常试验遇到的问题 六、事故分析方法 七、事故预防,2019/10/31,3,一、人为小失误酿成大事故,2019/10/31,4,1.励磁PT未投入引发的变压器爆炸事故 某电厂自并励磁系统大修后，做空载励磁实验时，将调节器投入自动运行，因调试人员未观察到发电机电压上升，开始操作增减磁操作，突然导致励磁变压器高压侧绕组过压击穿，造成短路，发生爆炸事故。检查发现，发电机PT高压侧熔丝未上，励磁调节器收到PT电压全部为0，采用双P
2、T比较法无法判断PT断线，根据闭环计算，励磁调节器输出强励触发角，发电机误强励，定子电压迅速上升，最终导致励磁变压器高压侧绕组过压击穿，造成短路，发生爆炸事故。,2019/10/31,5,2. PSS试验中，白噪声信号对地电阻脱落，造成输入突然变大，跳机；误将3%阶跃响应设成30%造成跳机；,3.无功调差参数设置不一致切换导致发电机误强励事故分析,某电厂200MW机组处于发电状态，有功200MW，无功+100Mvar。励磁调节器正常工作中，A通道为主通道，B通道为从通道，处于备用状态，励磁调试人员观察励磁电流，进行通道切换试验，通道切换命令（A通道至B通道）发出后，励磁电流突然增大，励磁变压器
3、保护动作，作用于发电机解列跳闸。,2019/10/31,6,事故发生后，检查B通道和励磁变压器保护装置，结果表明B通道和励磁变压器保护装置均工作正常，重新开机，B通道也能正常带负荷运行。但发现当发电机空载时，进行A通道和B通道切换，发电机定子电压无扰动；当发电机负载时，进行A通道和B通道切换，发电机定子电压有明显的偏移，遂将事故原因分析重点放在A通道和B通道参数差异上，比较发现：A通道无功调差系数为0，B通道无功调差系数误设置为-15%。,2019/10/31,7,无功调差系数的定义为发电机无功功率为额定容量时，叠加在电压测量值的发电机定子电压的百分数。无功功率调差系数为-15%的含义为当发电
4、机无功功率为额定容量时，发电机定子电压测量等效降低-15%，即相当于增加励磁电流直至发电机定子电压增加15%，事故发生时，无功功率（100MVar）近似为额定容量（235MVA）的42.5%，由于A通道无功功率调差系数为0，B通道无功功率调差系数为-15%，当励磁从A通道运行切换至B通道运行时，相当于发电机电压要增加6.37%，励磁电流急剧增加，超过励磁变压器保护启动值，延时后动作跳闸，发电机解列灭磁。,2019/10/31,8,重新设置无功功率调差系数，A通道和B通道定值相同，发电机并网后重新做A通道和B通道切换试验，试验顺利完成，发电机定子电压、无功功率和励磁电流无明显变化。 检查励磁调节
5、器励磁电流过励限制定值和励磁变压器保护装置定值配合情况，保证出现误强励时，励磁调节器励磁电流过励限制先动作降低励磁电流，不能出现励磁变压器保护先动作于发电机解列。,2019/10/31,9,4.近端负荷设置负调差引起发电机无功波动故障分析,某大型国企自备电厂60MW机组，原励磁系统为老式模拟式励磁调节器，利用检修期间更换为微机型励磁调节器，励磁调节器调试完成后，发电机进行并网试验，试验期间发电机无功功率运行稳定，数天后，发电机重新开机后，发电机机端电压和无功功率出现长期不平息的波动现象。,2019/10/31,10,故障发生后，电厂和厂家技术人员对故障进行技术分析，对试验期间的录波数据和故障时
6、的录波数据进行对比分析，结果显示前后的不同：试验期间发电机的负荷主要输出至高压母线（35KV），再经由高压母线（35KV）供给企业使用；而故障时发电机的负荷主要供给低压母线（6.3KV）使用。,2019/10/31,11,重新对定值进行核算，无功调差系数设置为-4%，由于发电机主接线采用单元接线，无功调差系数为-4%，以补偿变压器的电压降，但是对于低压母线负荷而言，发电机定子与负荷之间阻抗为零，根据无功功率调差系数的物理意义，对于机端负荷较重的发电机组，其无功功率调差系数必须为正。将无功功率调差系数更改为4%后，发电机无功功率波动很快平息后，运行稳定。,2019/10/31,12,2019/1
7、0/31,13,5.励磁电流的采样值偏低引发的事故 某电厂空载励磁实验进行到自动方式切换手动方式的实验。当励磁方式从自动切换成手动后，整流柜上的励磁电流和励磁电压表计急升。此时试验人员按逆变令无效，现场工作人员立即断开灭磁开关。此时励磁小间的灭磁柜起火，灭磁开关烧毁，设备100余万，停机20多天。原因电压闭环切换电流闭环时，转子电流采样偏小，而电流给定值大于电流实际值，为增加转子电流，触发角度从72度减小到70度，励磁电流增加使机端电压缓慢上升至1.2倍，机端电压达到1.2倍时，定子电流突然增加，导致调节器判断为负载状态，由于转子电流没有达到负载最小励磁电流限制值，负载最小励磁电流限制动作，触
8、发角减少到强励角10度，励磁电流快速增加，进而又快速升高机端电压；由于调节器已认为是负载状态，因此空载过电压保护功能未能动作。,2019/10/31,14,典型案例分析：励磁电流的采样值偏低引发的事故分析,发电机参数 额定功率 200MW 额定励磁电压 450V 额定励磁电流 1765A 空载励磁电流 670A,主励磁机参数： 额定功率 1058kW 额定电压 415V 额定电流 1600A 额定频率 100HZ 额定励磁电压 48.9V 额定励磁电流 148.9A,副励磁机参数： 额定功率 40.25kW 额定电压 161V 额定电流 165A 额定频率 500HZ,以典型案例结合控制原理分
9、析事故原因，确定事故处理方案，预防类似事故再次发生。,2019/10/31,15,事故现象 2010年11月8日18点06分，某电厂#1机（200MW，三机励磁）空载励磁实验进行到自动方式切换手动方式的实验。当励磁方式从自动切换成手动后，整流柜上的励磁电流和励磁电压表计急升。此时试验人员按逆变令无效，现场工作人员立即断开灭磁开关。此时励磁小间的灭磁柜起火，灭磁开关烧毁。 损失：设备100余万，停机20多天，。,2019/10/31,16,现场录波图,2019/10/31,17,结论：典型的空载误强励。 疑问：1）可控硅为何全开放？2）过压这么多，调节器空载过压保护为何未能动作，V/Hz为何未动
10、作切除？3）定子电流和无功从何而来？4）灭磁电路为何未正常工作，灭磁开关为何烧毁？ 为方便分析分为3个阶段 1、第一阶段：电压上升，机端电压5秒钟内从90%上升到120%。 2、第二阶段：电压开始剧烈振荡，最大150%，最小125%，过激磁造成定子电流（无功）从0上到额定以上并剧烈振荡，触发角从70减少到强励角10度，然后在10-60度之间振荡。 3、第二阶段：跳灭磁开关时准备灭磁时烧毁灭磁开关，设备损坏。,录波图分析,2019/10/31,18,现场录波图,再次分析录波图发现：从录波图发现转子电流为何几乎为零 ，为何 ？,2019/10/31,19,第一阶段事故分析： 现场调试人员在励磁电流
11、采样值偏低的情况下，按动了电压闭环和电流闭环的切换，导致了机端电压的上升。在电压闭环和电流闭环的切换试验前，所有的励磁模拟量需要校验准确，现场调试人员对励磁电流校验存在疏忽。现场励磁电流的实际采样值偏低，而现场人员在电压闭环和电流闭环的切换前忽略了这点。 励磁电流采样为何会偏小？励磁电流采样偏小为何会造成发电机电压持续上升？,2019/10/31,20,关于转子电流的测量问题，3种方法：1）直接测分流计关于转子电流测量；2）直接测CT ；3）间接测CT 。 第一种原理：测毫伏信号，比如3000A：75mV，测得毫伏信号后直接算出励磁电流。优点：直接、只用一个AD通道，好校验。缺点：体积大，对绝
12、缘、耐压要求高，对额定转子电压500V来说，要求变送器原副边耐压5000V，制造困难， ；容易损坏，变送器容易受干扰，测量精度低；要有外电源。 我们建议额定励磁电压小于300V的情况采用,2019/10/31,21,第二种原理 直接测励磁机或励磁变3相CT交流电流，原理，利用转子是个大电感，交流电流和直流的关系固定，Idc=Iac/0.816。优点：交流测量技术非常成熟，直接由CT保证耐压，还可以判断三相是否平衡，起到监视励磁机、励磁变和整流桥臂故障的作用。缺点：测量CT外置，不在自身柜内，增加外部接线，尤其对改造项目，CT安放有时有困难，需要3路AD采样，校准要校3路； 我们建议多采用该种方
13、式，除非是直流励磁机方式，必须用第一种方式。,2019/10/31,22,励磁电流采样偏小为何会造成发电机电压持续上升？ 因为该励磁系统手动控制模型是一个无差调节。调节必须等到偏差=IG-Ifd=0才停止，只要偏差不回零，输出就一直上升。,励磁系统手动控制模型,2019/10/31,23,无差调节和有差调节 励磁系统手动控制模型中KPID（S） 只要含纯积分因子就是无差调节，否则是有差调节，自动控制也一样。 当自动运行时，如PT未接入（PT小车未推入或PT高压保险未放入），PT电压始终采样到0，也会发生类似的误强励现象,在此需要特别注意。,励磁系统自动动控制模型,2019/10/31,24,理
14、解有差、无差意义：空载阶跃时的电压变化 完全重合为无差，不重合为有差调节,2019/10/31,25,第二阶段事故分析： 电压从90%上升到120%后：电压开始剧烈振荡，最大150%，最小125%，过激磁造成定子电流（无功）从0上到额定以上并剧烈振荡，触发角从70减少到强励角10度，然后在10-60度之间振荡。 1）可控硅为何全开放？ 2）过压这么多，调节器空载过压保护为何未能动作，V/Hz为何未动作切除？ 3）定子电流和无功从何而来？,2019/10/31,26,查看故障日志，有告警和故障，PT断线和V/Hz标志，无法判断，就只有继续从故障录波图分析。,当空载电压上升到120%时，主变因为过
15、激磁进入饱和，主变输入阻抗急剧下降，定子电流突然由增加，导致调节器判断为负载状态，负载最小参考量限制起作用，电流给定更大，转子电流依然很小，偏差控制加大，调节器输出达到饱和。而手动时，空载和V/Hz保护不起作用，发电机电压到1.5倍,2019/10/31,27,调节器误判断并网状态是故障进一步扩大的起因。单纯靠有定子电流判断并网并不可靠。因为在空载时，主变过激磁会使定子电流突然增加，导致调节器判断为负载状态。 判断并网方法 1）出口开关的位置 ：纯靠开关量，要消抖动处理 2）判断定子CT电流+出口开关位置： 如以上会误判，因为定子电流大，但有功分量很小。 3）判断定子CT电流有功分量+出口开关
16、位置，建议CT电流有功分量达到0.3标么+出口开关位置,2019/10/31,28,判断并网后设置最小电流给定是不合理的，给定值在任何状态下不能突变，只能通过增减磁操作改变。 判断并网后，限制励磁电流的最小值不合理，是一种简单的照抄前人经验的结果，给用户理解调节规律带来困难，给故障分析带来困难，合理的方法是闭环实时跟踪。把闭环回路的各个量按标幺值实时跟踪比较，小差时报警，大差时告故障。,2019/10/31,29,继续分析：空载过压和V/Hz限制不起作用。 因为在手动运行时全部保护退出，这也是不合理的，当然这是一种习惯方式，因为，考虑到手动运行时间不长，主要是用于试验，要简单可靠。从这个事例看，投入全部保护还是有用的，尤其对于自并励磁，由于没有备用励磁，FCR手动运行是一个很好的备励，在某些情况下需要长时间运行，必须投入全部保护。,2019/10/31,30,第三阶段：跳灭磁开关时准备灭磁时烧毁灭磁开关，设备损坏。 非线性灭磁电路原理：移能+灭磁，移能条件,灭磁开关DM4弧压
