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1、对对引进引进部分部分灭磁装置质量灭磁装置质量隐患问题隐患问题查处查处探讨探讨陈福山陈福山1 1潘传理潘传理2 21.1.中水东北勘测设计研究公司中水东北勘测设计研究公司, , 吉林省长春市吉林省长春市,130021,1300212.2.安徽通辰电气有限公司安徽通辰电气有限公司, , 安徽省合肥市安徽省合肥市,230088,230088内部资料,请勿外泄!20122012年年1010月月2323日日2二二、对部分引进磁场断路器结构和断流弧压存在质量隐患查处探讨、对部分引进磁场断路器结构和断流弧压存在质量隐患查处探讨2 2、二滩磁场断路器和、二滩磁场断路器和SiCSiC灭磁电阻的缺陷隐患灭磁电阻的
2、缺陷隐患三、三、SiCSiC灭磁电阻存在的缺陷隐患查处探讨灭磁电阻存在的缺陷隐患查处探讨3 3、瑞士、瑞士S Scheroncheron HPBHPB型直流断路器的缺陷隐患型直流断路器的缺陷隐患1 1、法国、法国AMF-CC-NOR-2000AAMF-CC-NOR-2000A型常闭触头间距太小型常闭触头间距太小提纲提纲2 2、引进、引进SiCSiC存在混入个別质量差片子的原因存在混入个別质量差片子的原因3 3、对、对SiCSiC质量隐患查处措施的建议质量隐患查处措施的建议1 1、对、对SiCSiC质量隐患质量隐患4 4次试验和次试验和4 4次亊故调查次亊故调查一一、引言、引言( (我国标准与外
3、国标准有相同处和不同处我国标准与外国标准有相同处和不同处) )四、参考文献四、参考文献一、引言一、引言( (我国标准与外国标准不同我国标准与外国标准不同)1/4)1/4(1) 2007年10月26日1（以下简称“反措”） 发布执行, 其中规定:“安全第一、预防为主、综合治理” 工作方针。在“反措”第15条防止励磁系统事故 中第15.4.10.2 款规定：“励磁系统的灭磁能力应达到国家标准要求， 且灭磁装置应具备独立于调节器的灭磁能力。灭磁开关的弧压应满足误强励灭磁的要求。” 2011年11月1日国家能源局发布实施 DL/T 294.1-2011 2规定: “磁场断路器最大弧压应大于灭磁电阻两瑞
4、最大电压与晶闸管整 流桥输出最大电压之和 。即 Ukmax Ummax +Uzmax” DL/T 294.2-2011 3规定:“对标称能容量的检验要求任选样品10片，在型式试验和出厂试 验都要做。”“对非线性灭磁电阻组件灭磁能容量检验要求在出厂试验中做。”“氧化锌非线性电阻串并联后均能系数不得小于90%。碳化硅非 线性电阻串并联后均能系数不得小于80%。” 内部资料,请勿外泄!一、引言一、引言( (我国标准与外国标准不同我国标准与外国标准不同)2/4)2/4内部资料,请勿外泄!“最严重灭磁工况下，需要非线性电阻承受耗能容量应不超过其标 称能容量的80%，同时，当装置内20%的组件退出运行吋，
5、应满足最严重灭磁工况下的要求，并允许连续2次灭磁。在以上工况下，灭磁电阻的最大温升不大于120K。” “氧化锌非线性电阻串并联后均能系数不得小于90%。碳化硅非线 性电阻串并联后均能系数不得小于80%。”(2)ANSI/IEEE C37-18 ANSI/IEEE C37.18-1979(R2003)用于旋转电机的封闭式磁场放电放电断路器是国际公认的磁场断路器标准。其中规定: “磁场断路器最大弧压应大于灭磁电阻两端最大电压与晶闸管整流桥输出最大电压之和 ”国内外标准基本一致;不同处是:对最严重事故灭磁条件不同;C37-18规定是“发电机定子机端三相突然短路灭磁”;我囸标准规定是“发电机误強励灭磁
6、” 。在“C37-18 -应用指南”节中对灭磁电阻线性电阻值和磁场断路器的选择采用5个公式,很全面,详见4 。一、引言一、引言( (我国标准与外国标准不同我国标准与外国标准不同)3/4)3/4内部资料,请勿外泄!(3) 英国M&I公司对SiC片生产组件选片和工程设计、运控标准:6“对每个选用的SiC片子加注250A电流，测量阀片电压U250A，保证选用 并联每片SiC上述电压值U250A尽量相同，相差不超过5%。”“以元件的温升作为确定元件容量的标准。如果重复进行灭磁，组件允许的最大温升为80K；非重复灭磁状态组件温升可允许 到110K。 建议元件最大工作温升不超过130;元件的最大温度极限不
7、应超过160（组件如到160，就应作绝缘5000V的耐压检验)。 SiC破坏温度为250。SiC片边缘击穿电压为250V/mm。为了提高运行安全可靠性,在选择灭磁电阻容量时,建议元件最大工作温不超过130。”(我囯标准为120)内部资料,请勿外泄!(4) ABB 2005年2月 签署提供1993年2月对600A/US16/P/Spec.6298型SiC组件所作的型式试验报告6 见下述笔者所作表1 .ABB600A/US16/P型SiC组件型式试验数据统计表试验序号直流电流组件电压通流时间 注入能量试前温度试后温度试验温升 (1)十次循环1#片外侧温度 直流(录波图)直流脉动(录波图)690V每
8、次加流0.5s冷 却30min十次循环每次加流时录波环境温度23C注 入 能 量 每 次770kJSiC测点最大温升107 K145K报告结论是：在给定负载条件下温升低于限值 26 C92 C 66 C3#片侧边温度 25 C 106C 81 C6#片里侧温度 36 C 130C 94 C温升最大片温度？130C(2)一次冲击1#片外侧温度 直流(录波图)直流脉动(录波图)1000V一次加流0.1s， 加流时录玻环境温度24C注 入 能 量 每 次600kJSiC测点最大温升96 K145K报告结论是：在给定负载条件下温升低于限值 25 C90 C 65 C3#片侧边温度 25 C 85 C
9、60 C6#片里侧温度 35 C 120C 85 C温升最大片温度？120C 一、引言一、引言( (我国标准与外国标准不同我国标准与外国标准不同)4/4)4/4二、对部分引进磁场断路器结构和断流弧压存在质量隐患查处探讨二、对部分引进磁场断路器结构和断流弧压存在质量隐患查处探讨1/61/6这类有明显质量缺陷的磁场断路器和配套SiC灭磁电阻存在安全隐患竟然在我国众多大型发电机十多年中长时间采用, 多次发生事故，仍然没有被及时查处改进。1.1 1991年沙岭子300MW火电机运行中SiC灭磁电阻烧毁事故1.2 1995年在张家囗300MW火电机行中SiC灭磁电阻烧毁事故1.3 襄樊300MW火电机行
10、中SiC灭磁电阻烧毁事故1.4 2001年李家峡400MW水电机行中SiC灭磁电阻烧毁事故 2006年到李家峡水电厂调查时发现, 全厂4台400MW水轮发电 机仍在继续照常使用。查处建议: 把SiC更換成ZnO,并在断路器常闭触头与SiC串联回路中增设直流电流变换 器和SiC误通电流报警信号装置;或SiC或ZnO在线监测装置78 。 内部资料,请勿外泄!1、法国AMF-CC-NOR-2000A型常闭触头间距太小导致运行严重事故 内部资料,请勿外泄!2、加拿大AMF-1A型断路器,美国9RV6A251型SiC灭磁电阻组件缺陷隐患 二滩水电厂6台550MW水电机成套引进加拿大AMF-1A型断路器,
11、美国9RV6A251型SiC灭磁电阻组件1998年7月才全部投运。但在1999年试验中暴露4大缺陷隐患。 2002年二滩电厂被迫决定重新招标订货，逐年逐台更换这6台发电机全套励磁盘及其灭磁装置。(1)断路器引弧触头头部质量缺陷在切合中容易断裂脱落。(2)SiC组件中混入个别质量差片子,注入不大能量,出现局部温升过高, 飞弧击穿事故。见图1 、2 、3。910图1 1个SiC组件在能量冲击试验中发生飞弧短路录波图图2 SiC组冲击试验中发生飞弧烧损后的现场彩色照片 (3)个別质量差SiC片在V-A测试中局部温升过高穿孔击穿短路。图3.V-A特性测试彩色照片 二、对部分引进磁场断路器结构和断流弧压
12、存在质量隐患查处探讨二、对部分引进磁场断路器结构和断流弧压存在质量隐患查处探讨2/62/6 内部资料,请勿外泄!3 、瑞士HPB型直流断路器的缺陷隐患(1)2006年1月1日岱海火电机600MW因HPB-81弧压过低误强励灭磁失败事故扩大烧毀更換全套ABB励磁盘。事故录波图和数据如下图4所示:1112131415二、对部分引进磁场断路器结构和断流弧压存在质量隐患查处探讨二、对部分引进磁场断路器结构和断流弧压存在质量隐患查处探讨3/63/6(2)拉西瓦5台700MW机HPB45M-82S型磁场断路器断流弧压过低隐患对HPB45M-82S型磁场断路器断流弧压:2006年上海ABB、广科院向拉西瓦投
13、标书写4000V是错的,理由:1)2007年1月签订励磁合同时,上海ABB鉴于发现过去把HPB断流弧压能保证值定得过高隠患,公布两件事: “一是今后把过去向中国众多600MW火电机供货的HPB-81型断路器都逐台无偿改造升级改造为HPB-82型;至今已改造完。二是在合同上把拉西瓦 HPB45M-82S型磁场断路器断流弧压从投标书4000V纠正为合同书2800V 。”2)2007年11月在广州召开拉西瓦第二次设联会上广科院代表提出可保证在3400V以上，并提供灭磁计算书,断路器断流弧压安全裕度系数K为1.051 。现证实为2800V,K为0.867,是隐患应及时查处!3)2012年7月浙江电科院
14、向向上海机电设备成套研究院查询,答2800V 。并提供瑞士ABB为600MW发电机工程编写的励磁计算书写明:“HPB60M-82S型磁场断器的断流弧压是2800V 。”4)2012年8月20日晚上上海ABB工程服务部经理王绪雄与笔者相约通电话中,肯定是2800V 。5)HPB45M-82S型断路器采用与UR系列类似结构短弧灭弧栅,灭弧栅间60个。后者使用说明书:“每个间隙弧压是4050V”6) 2006年1月,ABB专家和岱海现场查处理事故调试报告写明: HPB60M-82型, 最大断弧电压为2000V。 内部资料,请勿外泄! ！二、对部分引进磁场断路器结构和断流弧压存在质量隐患查处探讨二、对
15、部分引进磁场断路器结构和断流弧压存在质量隐患查处探讨4/64/6内部资料,请勿外泄!7)对下述表2瑞士HPB型直流断路器型试数据统计表的分析意见:1617来 源试验项目回路L(H)/R（ ） 或(s)值切断电流峰值d (kA)断口最大弧压值d(kV)录波图瑞士公司提供型式试验报告 HPB45-82电气寿命试验12.6ms180次，间隔2min4.63-4.77kA2.69-3.36kVHPB45/60-81/82短路试验110/13.1ms3次,间隔2min50.6-61.2/46.2-53.0 kA2.40-2.48/3.83-3.89 kV和4.2.3HPB60-82短路试验213.1/9
16、9ms3次间隔2min46.2-53.0/9.39.8 kA3.83-3.89/3.093.44kV和4.2. 4.1 HPB60-82短路试验3电阻性3次间隔2min73.284.0 kA2.732.78 kV(1).2HPB60-82短路电气寿命试验电阻性10次间隔2min69.584.2 kA2.642.98 kV (1).3合肥科聚公司试验报告 HPB60-82弧压试验10.3H/0.13s0.4kA0.8kV (2)之1HPB60-82弧压试验20.3H/0.13s0.8kA2.5kV (2)之2HPB60-82弧压试验30.3H/0.13s0.9kA2.7kV(2)之3HPB60-
17、82弧压试验40.89H/0.18.9S0.45kA2.6kV (2)之4二、对部分引进磁场断路器结构和断流弧压存在质量隐患查处探讨二、对部分引进磁场断路器结构和断流弧压存在质量隐患查处探讨5/65/6“型试”已经证实HPB的最大弧压数值, 首先它是随着切断的电流数值增大减小而增大减小，随后它又随着切断电路的时间常数增大减小而增大减小。 “型试”和合肥科聚公司实测录波证实切断46.2-53.0kA电流最大断弧电压才有3.83-3.89kV, 而拉西瓦发电机最大灭磁电流为约10kA , 仅为 “型试”切断电流的5分之1, 怎么可能最大断弧电压达到4000V? 而且“型试”中与10kA相近的断流试
18、验值是9.39.8 kA, 断流弧压实测值为3.093.44kV, 其回路时间常数为99ms。而实际上发电机解列形成定子开路，转子铁蕊由于长时间误强励已处于高度饱和状态，这种状态下的“灭磁回路时间常数”虽然无法从试验实测，但可从岱海2号机误强励灭磁事故录波图中得到旁证！它确实是个很低数值，所以导致HPB60M81S型磁场断路器弧压，异常低下，灭磁动作后600ms内转子电压没有反向, 事故严重扩大(注:ABB吸取岱海事故经验教训才作了上述6)中所述两项重大纠错措施,国内有关单位为何还坚持原来的错误呢？) 。广科院灭磁计算书中写的3440V的前面有遗漏。把3.093.44kV，写成是3440V,
19、是一种不正常出现的差错！因为即使广科院提出修正HPB45M-82S型磁场断路器最大断弧电压值的理由成立,根据可靠性和性能保证值的定义, 最大断弧电压应该3.09kV。8)结论: HPB45M-82S型断路器断流弧压性能是2800V,它在严重误强励事故灭磁安全裕度系数为0.867,是不安全隐患！建议更換断流弧压高的断路器,或者用大能量ZnO长替換SiC!消除不安全隐患！内部资料,请勿外泄! 二、对部分引进磁场断路器结构和断流弧压存在质量隐患查处探讨二、对部分引进磁场断路器结构和断流弧压存在质量隐患查处探讨6/66/6三、三、SiC灭磁电阻存在的缺陷隐患查处探讨灭磁电阻存在的缺陷隐患查处探讨1/5
20、1/5(1)2001年二滩备品1个SiC灭磁电阻组件能量冲击试验,见图13;(2)2006年三峡备品2个SiC灭磁电阻组件能量冲击试验:拆开成14个并联支路,10%小能量冲击,均能系数0.79;79%大能量冲击,点温计测温,均温系数0.76;电压温度系数-0.472%/,见图5、6 ;18(3)2007年嘉华备品5个灭磁电阻组件分別作小到大能量冲击试验31次,用红外热成像仪测温,D#组件均温系数最差-0.656 。2008年嘉华600MW6号机作额定空载灭磁试验,对1个SiC组件用红外热成像仪测温,均温系数最差-0.5 。见图7 、8;19内部资料,请勿外泄!1、对SiC质量隐患4次试验和4次
21、亊故调查的经验教训 4次1比1模似灭磁能量冲击试验 图7 嘉兴发电厂2号发电机空载额定灭磁试验热像图图8 嘉兴发电厂备品D号组件极限能量试验热像图图5、6三峽SiC非线性电阻600A/US14/7P/2S试品(4)2005年瑞士ABB提出对600A/US16/P/Spec.6298型SiC组件所作的型式试验测温报告。见表2.4次发电机灭磁事故调查(1)隔河岩300MW水电机现场作一次发电机空载灭磁试验时并联3个9RV6A251型SiC灭磁电阻组件中有1个组件飞弧击穿烧坏,证实二滩试验室试结论正确。20(2)2001年李家峡1台400MW水电机组刚并网发电不久,2串3并6个组件中有3个组件冒烟烧
22、黑。7,8(3)2002年4月4日天生桥二级1台225MW水电机从奧地利伊林成套引进励磁装置,配有英国PA2/6/28/10型SiC灭磁电阻，发生发电机空载励磁调节器失控误強励,保护启动灭磁时SiC灭磁电阻部分组件发生飞弧击穿短路12个组件中有2个严重烧黑。见图9天生桥二级发电机SiC灭磁电阻组件在发电机空载误强励事故灭磁时飞弧烧毁后的彩色照。16内部资料,请勿外泄! 图图9三、三、SiC灭磁电阻存在的缺陷隐患查处探讨灭磁电阻存在的缺陷隐患查处探讨2/52/5内部资料,请勿外泄!三、三、SiC灭磁电阻存在的缺陷隐患查处探讨灭磁电阻存在的缺陷隐患查处探讨3/53/5(4)潘家口1台90MW抽水蓄
23、能机因长时间异步运行,所配置ABB的RA432-1/34型SiC组件2个,68片中有3片爆裂成34小块,1/3片子特性因过热变坏,2/3片子特性正常。212、引进SiC存在混入个別质量差片子的原因：外商在SiC片生产筛选工艺上存在严重缺陷隐患(1)SiC片是把陶瓷粉末与碳化硅(金钢砂)精密拌合，加压成型,放入隧道窑中高温烧结而成, 再在其表面喷镀一层金属,以求有良好导电功能和便于焊接。所以SiC又名“CERAMSIL陶瓷硅”。显然,SiC片这种制造材质、方法、步骤导致它的电气特性具有较大“分散性”！这种大批生产出来的陶瓷硅SiC片子中, 存在少数材质不均匀质量不合格的SiC片子！(2) 问题在
24、于外商在SiC片生产筛选中忽略了这个特点。他们对这种同批次生产出来的每片SiC片的筛选工艺流程,只是采用“加注250A电流，测量阀片电压U250A，保证所选用的并联每片SiC上述电压值U250A尽量相同，相差不超过5%”的筛选工艺，工艺，缺少如同我国对ZnO非线性灭磁电阻片的筛选工艺流程：“对每一片生产出来的ZnO片,加注标称能容量冲击测量质量捡验筛选工艺, 和同时测录其伏安特性曲线, 存入电脑数据库中, 以备组成组件向用户成套串并联供货时, 采用专用程序选片时选用的工艺。”外商生产SiC没有采用这种筛选工艺,可能是导致向用户供货的整套SiC组件中, 混入个别质量不合格的SiC片子的根本原因。
25、3、对SiC质量隐患查处措施的建议 上述SiC隐患及其查处办法,已经在2010年8月2010全国水电自动化技术学术交流研讨会议敦煌会上发表16;和于2011年8月在2011年第4期上发表的17上, 都做了详细说明, 建议各位同行查阅原文，本文就不说了, 只是最终慎重向选用SiC灭磁电阻的有关单位提出以下查处建议:(1)为了在电厂和工程中认真执行 “反措”和“规程”规定，应向SiC配 套供货公司查询:SiC组件出厂前是否按我国规程“表2”非线性电阻试验要求中的规定要求：作过“灭磁能容量”冲击升温和“温度系数”检验？并索取检验记录文件“如果供货公司 没有做,而且无条件做, 则我方应保留货到现场后,
26、允许中方采用红外热成像仪拍摄对每个组件作承受小能量冲击后的红外热成像图谱, 藉以判断SiC供货中是否混入局部温升过高和温度系数不合规程规定质量不合格的SiC片的权力,作为到货质量检验验收依据。(2)对于采用SiC灭磁电阻己经投入运行单位, 则建议按照上述文件推荐方法分别先和后对备用和主机配套SiC组件进行离线简易能量冲击测温方法检测, 藉以捡查确认组件中是否混入有局部温升过高质量有缺陷隐患的SiC片, 均能系数、均温系数不合格(指不符合规程规定、厂家规定和上文要求) 的SiC组件、SiC片，需要及时查处改进。内部资料,请勿外泄!三、三、SiC灭磁电阻存在的缺陷隐患查处探讨灭磁电阻存在的缺陷隐患
27、查处探讨4/54/5(3)对引进SiC组件作在线监测, 详见22 。因为个別质量不合格的SiC片其局部温升过的部位位置,必须用1617 方法监测才能暴露, 所以建议先用后者方法发现局部温升过高部位置, 再用前者方法对部位置作在线监测, 才能有效提高对SiC组件质量监测实效。囯产ZnO组件作在线监测装置正在安徽通辰电气有限公司研制。 实践是检验真理的唯一标准！进行必要的试验是检验查处引进灭磁装置质量隐患的必要措施！内部资料,请勿外泄!三、三、SiC灭磁电阻存在的缺陷隐患查处探讨灭磁电阻存在的缺陷隐患查处探讨5/55/51.发电厂重大反事故措施(试行) 2007年10月26日 国家电网公司2.DL
28、/T 294.1-2011 2011年11月1日 国家能源局3.DL/T 294.2-2011 2011年11月1日 国家能源局4.ANSI/IEEE C37-18 ANSI/IEEE C37.18-1979(R2003)用于旋 转电机的封闭式磁场放电放电断路器5.M&I Dr. Jeff Roberson METROSOL SIC 非线性电阻在灭磁系统中的应用 2009年4月北京水电国际会议论文6.ABB 2005年2月 签署提供1993年2月对600A/US16/P/Spec.6298型SiC组件所作的型式试验报告7.李家峡发电机SiC灭磁电阻在发电运行中烧毁事故调查报告 拉西瓦建设分公司
29、 设计监理部专家组 陈福山 2006年7月20日8.李家峡水电厂4台400MW发电机组灭磁装置存在隐患的处理建议拉西瓦建设分公司 设计监理部专家组 陈福山 2006年7月20日9.二滩电厂励磁系统咨询报告 2001年 中国科学院等离子体物理研究所 10.二滩水电站550MW水轮发电机灭磁系统分析 冯詰 水电厂机电技术 2004-6;11.ABB关于内蒙古岱海电厂2号机组励磁系统故障的初步调查报2006.1内部资料,请勿外泄!四、参考文献四、参考文献1/21/2内部资料,请勿外泄!四、参考文献四、参考文献2/22/212.ABB Preliminary Fault Analysis Report
30、故障初步分析报告电厂名称：内蒙古岱海电厂，岱海2号机组 2009年大连励磁学会论文集13.有关岱海600MW发电机励磁装置事故调查分析报告的解读和建议拉西瓦建设分公司 设计监理部专家组 陈福山2006年10月8日14.有关岱海电厂600MW发电机励磁装置事故调查分析报告的解读和建 议补充之一拉西瓦建设分公司设监部专家组 陈福山2006年10月22日15.岱诲电厂600MW汽轮发电机励磁故障初步分析报告事故录波和资料 拉西瓦建设分公司 设监部专家组陈福山2006年10月16.陈新琪等 对引进SiC组件做离线能量冲击测温检验质量方法探讨 2010年8月2010全国水电自动化技术学术交流研讨会议敦煌
31、会论 文集17.陈新琪等SiC组件离线能量冲击测温检验质量方法 2011年第4期18.156米水位三峡发电机灭磁系统性能分析与灭磁安全性试验研究验收报告 2006年6月三峡水力发电厂 合肥科聚高技术有限公司 19.浙大型发电机励磁系统SiC灭磁电阻试验研究科技成果鉴定材料 2009年1月 江嘉华发电有限责任公司 20.2001年4月21日向隔河岩水电厂现场2次电话调查记录，2008年11月13日与现场1次手机短信记录 陈福山 21.2001年6月4日潘家口抽水蓄能电厂电话调查记录 陈福山 22.臧卫平 ESA-1型碳化硅非线性电阻灭磁装置在线监测系统的研制及现场实测 哈尔滨科力电力有限公司 2009年大连励磁学会论文集
