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1、300MW发电机组励磁系统故障分析及预控措施摘要：本文以某厂300MW发电机组励磁系统故障实例为对象，通过比对分析， 详细剖析了励磁系统故障的主要原因、表现形式和动作结果，并提出了相对应 的预控措施。关键词：300MW机组；励磁系统；故障分析；预控措施励磁系统是发电机的重要组成局部，当励磁系统发生异常或故障时，发电机极 易失去稳定，导致发电机跳闸甚至电力系统振荡。为此，本文详细统计了某厂 300MW发电机组历年励磁系统故障实例，整理归纳出励磁系统故障的三类直接 原因及其表现形式。通过剖析直接原因，找出系统和设备存在的深层次隐患， 采取及时有效的解决方法加以逐一消除。针对励磁系统的突发异常或事故
2、，提 出预控措施，力图让运行人员能够在短时间内排除干扰、抓住重点，果断处 理，最大限度地保证发电机组的稳定运行和平安停机。1励磁系统概况某发电厂自1993年以来，陆续建成投产共计6台300MW发电机组。其中#1#4 发电机组采用同轴它励交流励磁机，静止整流器的半导体励磁系统，投产初期 #1#4发电机组采用HWTA自动电压调节器和400Hz手动感应调压两种励磁调 节方式，其后陆续对励磁调节器进行技术改造，更换为ABB公司UNITROL F系 列的数字式励磁调节器。#5、6机组分别于2002、2003年投产，采用ABB自并 励静止可控硅整流系统，该系统主要由励磁电源变压器、三相全控桥式整流装 置、
3、灭磁及转子过压保护装置、起励装置、微机励磁调节器及独立的手动控制 装置组成，控制局部为ABB公司基于微处理器数字系统的UNITR0L5000产品。2历年励磁系统故障统计分类该厂自1993年第一台300MW机组并网投产以来，目前可统计到的具代表性的励 磁系统故障共12起，我们按“事故直接原因”作为首要分析目标对这12起故 障实例进行分类，列表如下：3故障原因分析及预控措施通过对事故直接原因的详细剖析，我们找出了励磁系统目前和未来可能存在的 事故隐患和薄弱环节，并制定了相应的解决方案，逐步加以消除。3. 1内部故障这12起事故中，共有5起内部设备故障，均发生在早期的HWTA调节器和整流 柜上，而第
4、（6）起故障虽归类为外部故障，其外部干扰所引起的调节器误动也 发生在HWTA上，这充分说明了早期励磁调节系统自身稳定性较差。这类事故原 因占到了 4成。其表现形式有：开关负荷能力差，控制元件老化，调节特性发 生漂移等。#1#4机组自2000年逐步进行技术改造，更换为ABB数字式励磁 调节器后，在较长一段时期内，未再发生励磁系统设备内部故障，稳定性较 好。但近年来，#1#6发电机组励磁系统陆续出现异常和设备缺陷，虽未导致机组 非停，但已逐渐显露出设备老化的端倪，应引起相关部门重视。如：2014年8 月23日#5机AVR励磁调节器远方调节异常，导致励磁参数大幅波动，只能切 至就地调节控制，这一故障
5、直到2015年1月25日检修更换了 AVR励磁调节器 10板更新了相关程序，才得以解决。2015年4月28日#2发电机励磁调节器2 通道异常，AVR无法自动维持发电机出口电压，将#2发电机励磁调节由2通道 切至1通道运行，由于没有停机窗口或没有备件，迟迟未能得到彻底解决。解决方案：1、近一年来该厂6台机组实际运行状况说明，其励磁系统设备已进 入相对老化期，故障率在逐渐升高。未雨绸缪，该厂已安排对励磁系统设备进 行稳定性评估，对易发故障的元件和部位进行重点排查，并列明清单，计划逐 步在大小修时，重点检查，彻底消除。2、加强大小修期间的设备维修质量，做 好备品备件的采购。据ABB公司反应，目前在役
6、的unitrol5000系列已停产， 备件备品难以采购。因此，除了加强日常维护外，必须要考虑励磁调节器的升 级改造。3、加强对励磁工作间空调装置的监控和调整，确保工作环境的温度和 湿度，延长励磁系统设备元件的寿命。4、定期跟踪励磁系统部件对电气系统的 运行适应性，在大小修期间针对主要励磁参数进行验算与校核，发现问题及时 进行修正和完善。3. 2外部干扰外部突发或固有的干扰因素是事故处理中最难预防的，其突发性和隐蔽性也会 直接影响到事故处理过程中运行人员的判断和操作，甚至导致事故扩大。在这 3起外部干扰引起的事故中，干扰因素各不相同，分别为厂外系统、雷暴天 气、交流窜直流。尽管励磁系统本身均具备
7、一定抗干扰能力，但对于较强的、恶性的侵入，励磁 系统不可能全部屏蔽或过滤。如，第（8）起事故，厂用电系统二次回路元件老 化导致交流窜入直流，引起处于同一控制直流系统中的励磁开关跳闸，机组停 运。对于这种由于系统固有（非必然，但从电气初始设计、安装时就已潜伏并 在条件具备时爆发的）干扰，只能从源头进行地毯式排查才能彻底消除。当 然，这种干扰因素有可能通过危害相对较轻、代价付出较小的方式先期显现出 来，因此，在实际运行过程中，当出现这类异常征兆时，一定要深入分析，排 查到底，彻底清除，从而防止付出更大的代价。对于外网系统或雷暴天气的干扰，必须制定主动性的事故预想制度。因为，这 类干扰有明显的迹象和
8、前奏，可以提前做好预防措施。该厂出线为220KV系 统，在雷暴天气或外网出现异常时，会有相应的报警和参数波动，我们在进行 220KV系统事故处理时，要兼顾对发电机组励磁系统的监控，防止励磁系统被 干扰引起本机振荡或跳闸，进而反向危害电力系统，造成恶性循环。解决方案：1、全面彻底排查全厂直流控制系统，尤其包含交直流双路控制的继 电器、接触器等设备，范围包括电气、热工、燃料、通讯等各专业。确保控制 电缆走线规范，端子牢固，清除残留的交直流混搭电缆。2、高度重视直流系统 接地故障，制定直流系统接地故障查找排除规范和流程。对短时难以确定接地 点的间歇性接地故障，因立即组织相关部门并成立专项小组，尽快查
9、明接地点 并彻底消除。3、针对恶劣天气或特殊条件下励磁系统可能出现的突发性不确定 性的故障，要总结过往事故处理经验，制定相应事故预想方案并定期预演。4、 针对#5、#6机组励磁开关控制继电器容量较小，在受到干扰的情况下易，造成 励磁开关误跳、偷跳的情况，经分析论证并联系生产厂家，更换为功率较大的 继电器。3. 3人为因素造成励磁系统事故的4起人为因素，均为检修人员在励磁系统部件上的不规范 操作引起。针对这几起事故，电厂及时制定并逐渐完善了励磁系统操作防范措 施。尤其是发生第（11）、（12）起碳刷事故后，相关部门对励磁系统碳刷运 维工作进行了全方位的隐患排查，制定了多项举措。如，检修部全面规范
10、了发 电机组碳刷定期维护工作；运行部制定了防止发电机、励磁机碳刷故障引起 停机的措施等。此后，这类人为因素得到了有效的遏制。解决方案：1、严格执行励磁系统维护平安措施，并在实践中不断修改和完善。 加强对检修和运行新员工的操作培训，通过拍摄现场操作视频进行专业培训， 防止由于维护经验缺乏而导致失磁事故的发生。2、加强运行员工励磁系统技术 培训，深入了解设备及系统组成和运行规律，结合现场实际进行技术讲课、技 术练兵、现场演示、反事故预想等，提高运行人员的业务素质及事故处理的应 变能力。3、组织检修人员深入学习励磁系统检修调试规程，组织有经验老师傅 现场演示，提高检修人员的现场检修调试水平，必要时可
11、派员到厂家参观学 习，更进一步深入掌握发电机励磁系统的全部元件特性。4保护动作分析及改进措施该发电厂励磁系统采用了分段励磁，部件较多且控制环节复杂。为此，原始设 计中，针对励磁系统异常和事故配备了多项保护，包括励磁机过负荷保护、过 励磁保护、转子接地保护、失磁保护、失磁联跳等等。为突出分析效果，我们 将历年故障实例根据保护动作情况进行简化列表：12停机由上表分析，当发电机励磁系统异常时，保护均能迅速检测并动作，发出信 号，切换厂用电，解列或程序跳闸。对这12起事故，除第（11）起因碳刷着 火，紧急手动打闸外，其余11起事故中失磁保护均能够启动，但因符合的判据 不完全相同，其动作方式和结果也有区
12、别。其中，有3起通过切换为备励或抢 合励磁开关，防止了停机。保护动作实例分析及解决措施：1、第(4)、(5)起发生在2000年，当时励磁调节器还没有改造，在HWTA调 节器出现故障后，手动切至备励，恢复了励磁，未造成停机。2000年后，#1 #4机组改造了励磁调节器，励磁系统稳定性大幅提高，此类故障明显降低。2、第(7)起事故中，#4发电机因外部雷暴干扰Q02开关跳闸失磁，运行人员 在判明事故特征的情况下，紧急抢合Q02开关，重新励磁，恢复发电机正常运 行，实属不易。短时间内正确判断事故象征，准确把握抢合时机，需要运行人 员具备高度的责任心和较强的技术技能。3、第(8)、(12)起故障情况比拟
13、类似，第(12)起中，在发生Q02开关跳 闸后，发电机失磁，失磁保护I段动作，延时0.5s切厂用电，同时定子反时限 过负荷启动计时，累计21s,在失磁保护H段动作前，跳开发电机主开关；第(8)起中，在发生FCB开关跳闸后，失磁保护I段动作，延时0.5s切厂用电，同时定子反时限过负荷启动计时，累计大约180s,动作出口，程序跳闸， 关主气门，锅炉MFT,但因逆功率定值设置偏小，未能跳主开关，运行人员手 动打闸发电机。4、在第(8)起事故中，当失磁故障发生时，由于220kV母线电压下降不到 10%,大于H段判据母线电压定值85%Ue,故失磁保护H段未动作。事实上， 在目前大电网、系统响应较高的环境
14、下，在单台机组失磁时，对母线电压影响 非常小，基本达不到失磁H段的判据定值，而原失磁口段保护动作逻辑是以 系统母线低电压为主判据的，因此，该保护配置已失去存在的意义，且易造成 事故扩大。为此，该厂经过分析论证，对该判据进行了慎重调整，完善了失磁 H段低电压判据（选择机端低电压判据）。同时完善失磁联跳回路，即在励磁 调节器软件中，增加外部跳闸反跳功能，防止Q02开关偷跳。5运行处理及建议当设备或系统出现故障时，保护正确动作是减小故障损失的第一要素。但在实 际中，还是会存在保护误动、拒动的可能，这将会导致事故扩大，威胁人身和 设备平安。因此，人为的准确干预是非常有必要的。但人为干预是基于对设备 和
15、系统的充分了解以及对事故现象的正确判断，作为直接面对异常和事故的运 行人员，必须未雨绸缪，全方位提高反事故技术水平。1、所有运行人员都必须清楚发电机励磁系统重要性，详细了解励磁系统工作原 理、设备规范和保护配置。2、通过深入学习励磁系统各类操作票，熟练掌握励磁系统各项操作流程。对新 员工，可采用拍摄现场操作视频、制做PPT动画等多种形象生动的培训方式增 强学习效果。3、组织学习发电机励磁系统历年各类异常和事故实例，了解发电机励磁系统各 类异常和事故的直接原因、表现形式和保护动作情况。通过定期进行反事故演 练，提高运行人员应急事故处置能力。4、密切跟踪励磁系统改造更新工程，同步公示系统变更情况并制定相应预控措 施，同步修订完善励磁系统相关规程、系统图和操作票。6结论 1、通过整理历年励磁系统故障实例，将励磁系统事故原因归纳为内部故障、外 部干扰和人为因素，并制定出相对应的解决方案以彻底消除系统和设备隐患， 从源头上杜绝异常和事故的发生。2、通过完善励磁系统继电保护配置和修改保护定值，提高继电保护装置动作可 靠性和灵敏度，最大限度地减少人为干预，有效防止事故扩大。3、通过多种培训模式，有效提高运行人员对励磁系统的掌握程度和执行能力； 定期进行事故演练，确保励磁系统出现异常和事故时，运行人员能够准确判 断，果断处理。一全文完一
