某水電廠勵(lì)磁系統(tǒng)于2017年初完成升級(jí)改造，采用EXC9000系列勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，共配置一面調(diào)節(jié)器柜、三面整流柜和一面滅磁柜，非線性滅磁電阻的材料為碳化硅，機(jī)組采用自并勵(lì)勵(lì)磁方式。事故發(fā)生于4號(hào)機(jī)組C級(jí)檢修完成后的起動(dòng)試驗(yàn)期間，當(dāng)時(shí)全廠總有功負(fù)荷為430MW。

1 滅磁開關(guān)及跨接器介紹

4號(hào)機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)滅磁回路跨接器原理如圖1所示，其中QFG為滅磁開關(guān)，Rotor為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，GB為碳化硅滅磁電阻，MC60為機(jī)械跨接器，V71為電子跨接器，AP62為電子跨接器控制模塊，BA61為電流互感器。BA61用于檢測(cè)流經(jīng)滅磁電阻的電流，當(dāng)通過2A及以上電流時(shí)，監(jiān)控上位機(jī)報(bào)勵(lì)磁過電壓保護(hù)信號(hào)。滅磁電阻和跨接器并聯(lián)在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子兩端，然后串接滅磁開關(guān)。

在設(shè)計(jì)時(shí)，跨接器部分沒有采用典型的電子跨接器，而是為了可靠起見，使用電子跨接器和機(jī)械跨接器的組合。當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子受到反向過電壓作用時(shí)，例如正常跳滅磁開關(guān)時(shí)，機(jī)械跨接器MC60動(dòng)作，滅磁電阻GB與轉(zhuǎn)子構(gòu)成回路，吸收轉(zhuǎn)子過剩能量，以對(duì)轉(zhuǎn)子起到保護(hù)作用；當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子受到正向過電壓作用時(shí)，晶閘管V71-VT1導(dǎo)通?？缃悠鞯淖饔?，就是將多余能量轉(zhuǎn)移到滅磁電阻吸收，以保護(hù)轉(zhuǎn)子。

圖1 4號(hào)機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)滅磁回路跨接器原理

滅磁開關(guān)跳閘的具體情況有：①收到跳閘令；②流過滅磁開關(guān)電流超過整定值。

當(dāng)正常停機(jī)或者因保護(hù)動(dòng)作導(dǎo)致機(jī)組停機(jī)時(shí)，滅磁回路的工作情況是：滅磁開關(guān)QFG收到跳閘令后跳開，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子Rotor產(chǎn)生反向過電壓，機(jī)械跨接器MC60合閘，或者電子跨接器控制模塊控制晶閘管V71-VT2和V71-VT3導(dǎo)通，滅磁電阻GB導(dǎo)通，將轉(zhuǎn)子上剩余的能量轉(zhuǎn)移至滅磁電阻吸收。

當(dāng)滅磁開關(guān)收到合閘令時(shí)，滅磁開關(guān)合閘，機(jī)械跨接器跳閘，電子跨接器控制模塊控制晶閘管V71-VT2和V71-VT3停止導(dǎo)通，滅磁電阻電路回路斷開，發(fā)電子轉(zhuǎn)子正常投入。

當(dāng)正在運(yùn)行的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子由于外部故障等影響受到正向過電壓作用時(shí)，晶閘管V71-VT1導(dǎo)通，多余能量同樣轉(zhuǎn)移到滅磁電阻回路吸收，正向過電壓消失，晶閘管V71-VT1閉合，滅磁電阻回路斷開，轉(zhuǎn)子保持正常運(yùn)行。

2 事故過程簡(jiǎn)述

11月24日，某水電廠4號(hào)機(jī)組進(jìn)入檢修后起動(dòng)試驗(yàn)階段。15:12，將4號(hào)機(jī)自動(dòng)開機(jī)至空載；15:13，監(jiān)控下空載令；15:14:57，監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)發(fā)出“4號(hào)機(jī)勵(lì)磁過電壓保護(hù)動(dòng)作”信號(hào)；15:15:12，4號(hào)機(jī)上位機(jī)報(bào)“勵(lì)磁功率柜故障”；15:15:19，出現(xiàn)“4號(hào)機(jī)勵(lì)磁強(qiáng)勵(lì)動(dòng)作”的信號(hào)；15:15:21，滅磁開關(guān)分閘；15:15:25，機(jī)組停機(jī)。

事件發(fā)生時(shí)，在場(chǎng)試驗(yàn)人員聽到4號(hào)勵(lì)磁系統(tǒng)屏柜有異常聲音，經(jīng)查看發(fā)現(xiàn)勵(lì)磁系統(tǒng)非線性電阻柜冒煙并伴有異味，滅磁開關(guān)分閘后機(jī)械跨接器仍然處于合閘位置，碳化硅滅磁電阻發(fā)熱嚴(yán)重，有明顯的灼燒痕跡。

11月24日晚維護(hù)班組更換滅磁電阻備件。11月25日上午，勵(lì)磁系統(tǒng)廠家到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)檢查勵(lì)磁裝置，顯示屏報(bào)過電壓保護(hù)動(dòng)作、強(qiáng)勵(lì)動(dòng)作、三面功率柜均出現(xiàn)了+C相斷流動(dòng)作信號(hào)；原4號(hào)機(jī)組勵(lì)磁滅磁柜滅磁電阻好壞未知、機(jī)械跨接器處于合閘狀態(tài)，同時(shí)發(fā)現(xiàn)連桿的一個(gè)螺釘脫掉，其他部分無異常。重新安裝機(jī)械跨接器操作連桿的活動(dòng)連接螺桿。

?3 事故過程分析

初步分析事件原因是4號(hào)機(jī)組開機(jī)時(shí)，機(jī)械跨接器在滅磁開關(guān)閉合后未正確動(dòng)作，由于機(jī)械跨接器連桿上的螺釘脫落，使串接在機(jī)械跨接器回路中、判斷機(jī)械跨接器是否具備分閘條件的繼電器輔助常開觸點(diǎn)無法正常閉合，最終導(dǎo)致機(jī)械跨接器無法跳閘。

事件過程的初步分析如下：

1）在4號(hào)機(jī)組正常開機(jī)前，進(jìn)行相關(guān)檢查工作，滅磁開關(guān)處于斷開位，機(jī)械跨接器處于閉合狀態(tài)。

2）當(dāng)事故發(fā)生后，雖然滅磁開關(guān)已經(jīng)閉合，但是由于機(jī)械跨接器并沒有跳開，導(dǎo)致滅磁電阻柜碳化硅回路通過2A及以上電流時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)出現(xiàn)報(bào)勵(lì)磁過電壓保護(hù)信號(hào)的報(bào)文。

3）機(jī)組升至額定電壓后，勵(lì)磁系統(tǒng)整流橋輸出電流流經(jīng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和滅磁電阻回路。正常運(yùn)行時(shí)，機(jī)組額定勵(lì)磁電流為1 744A，事故時(shí)，實(shí)際勵(lì)磁電流大于強(qiáng)勵(lì)起動(dòng)值1918.4A，勵(lì)磁過電壓保護(hù)起動(dòng)正常，但未達(dá)到2倍額定勵(lì)磁電流的保護(hù)跳閘整定值，因此發(fā)電機(jī)未直接跳閘。

4）滅磁電阻因長(zhǎng)期有電流通過，導(dǎo)致其被燒壞。在對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行開環(huán)小電流試驗(yàn)后，勵(lì)磁系統(tǒng)設(shè)備完好、功能正常，測(cè)量勵(lì)磁系統(tǒng)交、直流側(cè)絕緣結(jié)果合格，未發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)器脈沖調(diào)節(jié)功能和功率整流單元等器件有異常情況。為徹底查清事故原因，又進(jìn)行跨接器、滅磁開關(guān)的相關(guān)試驗(yàn)工作。

3.1 跨接器試驗(yàn)

在機(jī)械跨接器分閘時(shí)，進(jìn)行電子跨接器試驗(yàn)，主要工作如下：

1）將與轉(zhuǎn)子回路并聯(lián)的滅磁電阻回路甩開，在跨接器與電流互感器BA61兩端加220V直流電壓，并在電流回路串聯(lián)一個(gè)電阻，電阻上并聯(lián)一個(gè)信號(hào)指示燈，指示燈亮則表示回路導(dǎo)通。選擇正常起勵(lì)時(shí)轉(zhuǎn)子所帶電壓反方向?yàn)檎较颉?/p>

（1）反向過電壓保護(hù)。選擇施加反向的220V直流電壓，反向晶閘管有兩路，甩開其中一路，斷開滅磁開關(guān)后，脈沖觸發(fā)板（AP62）給晶閘管一個(gè)觸發(fā)脈沖，并聯(lián)在電阻上的燈亮。合上滅磁開關(guān)，甩開測(cè)試過的一路接回另一路，斷開滅磁開關(guān)后，脈沖觸發(fā)板（AP62）給晶閘管一個(gè)觸發(fā)脈沖，并聯(lián)在電阻上的燈亮。結(jié)果顯示，反向晶閘管均能正常工作。反向過電壓試驗(yàn)接線如圖2所示。

圖2 反向過電壓試驗(yàn)接線

（2）正向過電壓保護(hù)。選擇施加正向的220V直流電壓，人為給晶閘管一個(gè)觸發(fā)脈沖，并聯(lián)在電阻上的燈亮。試驗(yàn)顯示電子跨接器正常。正向過電壓試驗(yàn)接線如圖3所示。

圖3 正向過電壓試驗(yàn)接線

2）進(jìn)行機(jī)械跨接器試驗(yàn)。

（1）甩開電子跨接器，選擇施加反向的220V直流電壓，斷開滅磁開關(guān)，機(jī)械跨接器聯(lián)動(dòng)合上后指示燈正常點(diǎn)亮，同時(shí)，合上滅磁開關(guān)的燈正常熄滅，說明機(jī)械跨接器分合邏輯完好。

（2）將之前掉落過的螺釘重新擰下來，模擬機(jī)械跨接器連桿螺釘脫落。滅磁開關(guān)跳開后指示燈正常點(diǎn)亮，滅磁開關(guān)閉合后指示燈也是正常點(diǎn)亮。測(cè)試證明，機(jī)械跨接器能合上，但合上滅磁開關(guān)，機(jī)械跨接器無法分?jǐn)啵芈芬恢睂?dǎo)通，符合事故狀態(tài)。機(jī)械跨接器試驗(yàn)接線如圖4所示。

圖4 機(jī)械跨接器試驗(yàn)接線

3.2 空載跳滅磁開關(guān)試驗(yàn)

做空載跳滅磁開關(guān)試驗(yàn)時(shí)，調(diào)節(jié)柜顯示屏和滅磁柜顯示屏分別報(bào)了過電壓保護(hù)動(dòng)作，滿足設(shè)計(jì)要求。分別測(cè)得跳滅磁開關(guān)前溫度為22.8℃和跳滅磁開關(guān)后溫度為32.0℃，滅磁開關(guān)跳開后滅磁電阻可以正常投入工作。

3.3 滅磁開關(guān)主觸頭檢查

觀察滅弧罩和主觸頭的灼燒痕跡，測(cè)量主觸頭阻值為48mΩ，證明滅磁開關(guān)符合相關(guān)要求。

?4 結(jié)論

本次事故的原因是械跨接器連桿上的螺釘脫落，使機(jī)械跨接器無法分?jǐn)?，?dǎo)致滅磁電阻嚴(yán)重?zé)龎?。處理意見如下?/p>

1）更改跨接器連桿螺釘設(shè)置。在正式取消機(jī)械跨接器之前，將現(xiàn)有機(jī)械跨接器連桿上的螺釘由兩組設(shè)置為三組，這樣即使有一組螺釘脫落連桿上還有兩組螺釘，機(jī)械跨接器仍能安全可靠動(dòng)作。

2）組織論證取消機(jī)械跨接器的可行性。通過此次事故發(fā)現(xiàn)，電子跨接器反向已采用兩路獨(dú)立的回路，其可靠性已經(jīng)過多年的驗(yàn)證，而機(jī)械跨接器的使用還存在一些隱患，建議在必要時(shí)，組織專家論證取消機(jī)械跨接器的可行性。

3）做好檢修維護(hù)工作。在日常開機(jī)和停機(jī)檢查時(shí)，增加機(jī)械跨接器檢查的條款。在檢修時(shí)，補(bǔ)充進(jìn)行跨接器試驗(yàn)和機(jī)械部分的檢查工作。

4）思考使用撬棒技術(shù)的可行性。方式是采用并聯(lián)于轉(zhuǎn)子繞組上的可控制投切限流電阻。當(dāng)檢測(cè)到轉(zhuǎn)子過電流時(shí)，迅速封鎖網(wǎng)側(cè)變流器脈沖，并投入撬棒，以消耗過剩能量。

本文編自2021年第10期《電氣技術(shù)》，論文標(biāo)題為“某水電廠勵(lì)磁系統(tǒng)跨接器故障分析”，作者為姜巍。