励磁系统事故典型案例分析2016

2016/12/17
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。
2016/12/17
4
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；
2016/12/17
5
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 变压器保护动作，作用于发电机解列跳闸。
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PT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。
8
2016/12/17

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。
26
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+出口开关位置，建 议CT电流有功分量达到0.3标么+出口开关位置
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1060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？
2016/12/17
21

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
2016/12/17
22
无差调节和有差调节 励磁系统手动控制模型中KPID（S）

我们建议额定励磁电压小于300V的 情况采用
2016/12/17
20


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式，除非是直流励磁 机方式，必须用第一种方式。
励磁系统故障分析
2016/12/17
1
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
2016/12/17 2
一、人为小失误酿成大事故
2016/12/17
3
1.励磁PT未投入引发的变压器爆炸事 故
2016/12/17
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。
2016/12/17 15
现场录波图
2016/12/17
16
录波图分析 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。
1 KPID ( s ) K p 1 (T s ) TD s I
KPID( S ) K P
1 T1s 1 T3 s ( S )1 T2 s 1 T4 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。
2016/12/17 25

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 2016/12/17
2016/12/17 19


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。
2016/12/17 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。
2016/12/17 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。

励磁系统自动动控制模型
2016/12/17 23
理解有差、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
1.1 1.05 1 0.95 0.9
P.U.
0.85 0.8 0.75 0.7 0.65 0.6
机端电压 给定值
0
1
2
3
4
2016/12/17
5 t(s)
6
7
8
9
10
24
第二阶段事故分析：
2016/12/17 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%。
2016/12/17 13
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 额定励磁电压 额定励磁电流 空载励磁电流 200MW 450V 1765A 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
2016/12/17
12
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。