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摘要：在电力系统正常运行或事故运行中，发电机的励磁控制系统起着重要作用。文章对某火力发电厂1号发电机励磁系统的概况和故障现象进行了分析，并提出了解决措施。
关键词：励磁系统；故障；装置检查
中图分类号：TM307文献标识码：A 文章编号：1000－8136（2011）24－0046－02
1工程概述
某火力发电厂1号发电机采用自并励静止励磁系统，主要包括励磁变压器（ET）、自动励磁调节器（AVR）、可控硅整流桥、灭磁断路器、过电压保护装置和起励装置等。励磁系统接线见图1。
图1励磁系统接线
励磁系统整流装置包括3个整流柜，正常运行时3个整流柜全部投入，并列运行。如果有1个整流柜发生故障，装置发出“整流桥1故障”信号，并闭锁故障整流柜的脉冲；如果有2个整流柜发生故障，装置发出“整流桥2故障”信号，并闭锁故障整流柜的脉冲，限制强励；如果3个整流柜均发生故障，装置强行自动投入全部整流柜并限负荷运行。
2故障现象
2005年12月30日15∶11，1号发电机带有功功率300 MW，无功功率140 MVA，励磁方式为恒机端电压方式。15∶11∶21“发电机强励”光字亮，发电机定子电压、无功功率、励磁电流和励磁电压均突然上升（定子电压由20.4 kV升至20.9 kV，无功功率由140 MVA升至194.6 MVA，励磁电流由1 960 A升至2 234 A，励磁电压由368 V升至453 V），持续约10 s后恢复正常。15∶11∶40“整流桥1故障”光字亮，运行值班员检查发现3号整流柜“脉冲切除”指示灯亮、“触发脉冲”和“可控硅导通”指示灯灭，装置面板出现“3号整流柜故障”、“3号整流柜熔丝熔断”、“3号整流柜脉冲丢失”、“3号整流柜断流”的报警信号，迅速联系主控制室将无功功率降至60 MVA。
15∶29，发电机定子电压、无功功率、励磁电流和励磁电压再次突然上升，“整流桥2故障”光字亮；同时运行值班员听到1号整流柜处有异常声响，接着1号整流柜“脉冲切除”指示灯亮、“触发脉冲”和“可控硅导通”指示灯灭，迅速联系主控制室降低发电机有功功率。
约1 min后，1号、2号、3号整流柜突然全部投入运行，无功功率瞬间上升至280 MVA；迅速降低发电机无功功率，当无功功率降至50 MVA时，发电机变压器组保护励磁系统故障动作，发电机断路器、灭磁断路器跳闸；同时运行值班员听到整流柜处有放电声音，3号整流柜处出现弧光并起火，运行人员立即将励磁系统断电并迅速灭火。
3故障录波
励磁系统故障期间，发电机变压器组故障录波器共启动录波8次。其中7次因励磁变压器高压侧电流突变而启动，启动时间分别为：15∶11∶15、15∶11∶20、15∶11∶26、15∶29∶50、15∶30∶09、15∶30∶42和15∶32∶19，1次因励磁系统故障变位而启动，启动时间为15∶32∶26。
4励磁装置检查
4.1整流柜
4.1.11号整流柜
交、直流母线绝缘良好，未发现金属性短路痕迹；压敏电阻保护用熔丝完好；柜内3个正组可控硅击穿短路，3个负组可控硅正常；3个正组熔断器全部熔断，但外观无异常；3个负组熔断器未熔断。
4.1.22号整流柜
交、直流母线绝缘良好，未发现金属性短路痕迹；压敏电阻保护用熔丝完好；柜内3个正组可控硅击穿短路，3个负组可控硅正常；3个正组熔断器全部熔断，但外观无异常；3个负组熔断器未熔断。
4.1.33号整流柜
交、直流母线绝缘良好，未发现金属性短路痕迹；压敏电阻保护用熔丝全部熔断；柜内可控硅全部击穿短路；全部熔断器熔断，3个负组熔断器外观完好，正组W相瓷瓶炸开、V相有裂缝、U相裂纹较V相轻。
4.2交流母线柜
阻容吸收装置熔断器完好，电阻为2 kΩ。同步变压器和风机变压器原边对地、副边对地、原边对副边绝缘良好。
4.3灭磁断路器柜
灭磁断路器手动分、合正常，相应的主触点断开、闭合正常。测量变压器和起励变压器原边对地、副边对地、原边对副边绝缘良好。
4.4AVR柜
信号采集处理板电路正常，电流电压变换器（5 A/10 V）副边电阻约为14 Ω。
5原因分析
从故障现象和检查情况可知，熔断器熔断、整流装置起火均由可控硅击穿短路引起，而可控硅击穿短路的原因有以下几种可能：①可控硅本身质量有缺陷；②发电机机端电压突然降低，强励动作；③励磁调节器由于采样不准或调节控制程序出现异常造成误强励。故障后，对可控硅进行初步测试，除9只已经被击穿的可控硅外，其余可控硅的各项技术参数均满足额定要求。对于同一批产品而言，大量可控硅同时出现参数变化的可能性可以排除。故障发生前，发电机机端电压和无功功率并未发生大的波动，因此排除第2种可能。故障发生时，主控制室“发电机强励”光字亮，DCS录波图上励磁电压和励磁电流同时上升，说明强励已经动作。结合录波图、故障过程及故障后对装置的检查，对故障原因分析如下：第1次突变过程中，励磁调节器控制程序出现异常，触发角开至强励角度（30 °左右），励磁电压突然升高，导致3号整流柜内负组可控硅击穿，电流突然升高并使负组熔断器熔断，延时闭锁3号整流柜输出，同时发出“整流桥1故障”信号。约18 min后，励磁调节器再次发出强励指令，1号整流柜内的正组可控硅击穿、短路，电流突升，熔断器熔断，引发第2次突变，同时闭锁1号整流柜脉冲并发出“整流桥2故障”信号。此时只有2号整流柜运行，当2号整流柜故障，程序强行自动将3台整流柜重新投入时，1号、2号整流柜的正组熔断器已经熔断，励磁电流全部由3号整流柜的正组可控硅通过，导致3号整流柜正组可控硅击穿，一次系统严重短路、放电，从而引发熔断器爆裂。
6整改措施
通过对励磁变压器、交流封闭母线、发电机转子回路等进行仔细检查和试验，采取以下措施：
（1）更换励磁调节器、整流柜、交流母线柜、灭磁开关柜、过电压保护柜等励磁装置，对新安装的励磁系统进行常规静态调试和动态试验。
（2）取消励磁调节器控制程序中“3台整流柜均发生故障后自动强行投入全部整流柜”的逻辑，修改为“3台整流柜均发生故障后瞬时发出励磁系统故障信号，并出口跳闸（全停）”，确保设备安全。
（3）对整流柜滤网进行定期清洗（每月不少于2次），同时在励磁小间内增设1台空调，以降低环境温度、改善励磁系统运行环境。
7结束语
综上所述，优良的励磁系统不仅可以保证发电机运行的可靠性和稳定性，提供合格的电能，而且可以有效地提高发电机及其并入的电力系统的技术经济指标。实施整改措施后，励磁系统动态性能合格率、励磁自动投入率、各限制及保护环节正确动作率均达到100%。运行1 a多来，未发生较大的励磁系统缺陷，确保了发电机励磁系统的安全、可靠运行。
参考文献
1 毛立森、何靖.发电机励磁系统不均流现象分析［J］.华电技术，2010（03）
2 傅守权.发电机励磁系统故障分析及处理［J］.中国水能及电气化，2010（08）
Thermal Power Plant Generator Excitation System Failure Analysis
Li Li
Abstract: In the normal operation of power system operation or accident, the generator excitation control system plays an important role. Articles of a thermal power plant No. 1 generator excitation system overview and analysis of failure phenomena, and proposed solutions.
Key words: excitation systems; failure; installation inspection
“本文中所涉及到的图表、公式、注解等请以PDF格式阅读”
关键词：励磁系统；故障；装置检查
中图分类号：TM307文献标识码：A 文章编号：1000－8136（2011）24－0046－02
1工程概述
某火力发电厂1号发电机采用自并励静止励磁系统，主要包括励磁变压器（ET）、自动励磁调节器（AVR）、可控硅整流桥、灭磁断路器、过电压保护装置和起励装置等。励磁系统接线见图1。
图1励磁系统接线
励磁系统整流装置包括3个整流柜，正常运行时3个整流柜全部投入，并列运行。如果有1个整流柜发生故障，装置发出“整流桥1故障”信号，并闭锁故障整流柜的脉冲；如果有2个整流柜发生故障，装置发出“整流桥2故障”信号，并闭锁故障整流柜的脉冲，限制强励；如果3个整流柜均发生故障，装置强行自动投入全部整流柜并限负荷运行。
2故障现象
2005年12月30日15∶11，1号发电机带有功功率300 MW，无功功率140 MVA，励磁方式为恒机端电压方式。15∶11∶21“发电机强励”光字亮，发电机定子电压、无功功率、励磁电流和励磁电压均突然上升（定子电压由20.4 kV升至20.9 kV，无功功率由140 MVA升至194.6 MVA，励磁电流由1 960 A升至2 234 A，励磁电压由368 V升至453 V），持续约10 s后恢复正常。15∶11∶40“整流桥1故障”光字亮，运行值班员检查发现3号整流柜“脉冲切除”指示灯亮、“触发脉冲”和“可控硅导通”指示灯灭，装置面板出现“3号整流柜故障”、“3号整流柜熔丝熔断”、“3号整流柜脉冲丢失”、“3号整流柜断流”的报警信号，迅速联系主控制室将无功功率降至60 MVA。
15∶29，发电机定子电压、无功功率、励磁电流和励磁电压再次突然上升，“整流桥2故障”光字亮；同时运行值班员听到1号整流柜处有异常声响，接着1号整流柜“脉冲切除”指示灯亮、“触发脉冲”和“可控硅导通”指示灯灭，迅速联系主控制室降低发电机有功功率。
约1 min后，1号、2号、3号整流柜突然全部投入运行，无功功率瞬间上升至280 MVA；迅速降低发电机无功功率，当无功功率降至50 MVA时，发电机变压器组保护励磁系统故障动作，发电机断路器、灭磁断路器跳闸；同时运行值班员听到整流柜处有放电声音，3号整流柜处出现弧光并起火，运行人员立即将励磁系统断电并迅速灭火。
3故障录波
励磁系统故障期间，发电机变压器组故障录波器共启动录波8次。其中7次因励磁变压器高压侧电流突变而启动，启动时间分别为：15∶11∶15、15∶11∶20、15∶11∶26、15∶29∶50、15∶30∶09、15∶30∶42和15∶32∶19，1次因励磁系统故障变位而启动，启动时间为15∶32∶26。
4励磁装置检查
4.1整流柜
4.1.11号整流柜
交、直流母线绝缘良好，未发现金属性短路痕迹；压敏电阻保护用熔丝完好；柜内3个正组可控硅击穿短路，3个负组可控硅正常；3个正组熔断器全部熔断，但外观无异常；3个负组熔断器未熔断。
4.1.22号整流柜
交、直流母线绝缘良好，未发现金属性短路痕迹；压敏电阻保护用熔丝完好；柜内3个正组可控硅击穿短路，3个负组可控硅正常；3个正组熔断器全部熔断，但外观无异常；3个负组熔断器未熔断。
4.1.33号整流柜
交、直流母线绝缘良好，未发现金属性短路痕迹；压敏电阻保护用熔丝全部熔断；柜内可控硅全部击穿短路；全部熔断器熔断，3个负组熔断器外观完好，正组W相瓷瓶炸开、V相有裂缝、U相裂纹较V相轻。
4.2交流母线柜
阻容吸收装置熔断器完好，电阻为2 kΩ。同步变压器和风机变压器原边对地、副边对地、原边对副边绝缘良好。
4.3灭磁断路器柜
灭磁断路器手动分、合正常，相应的主触点断开、闭合正常。测量变压器和起励变压器原边对地、副边对地、原边对副边绝缘良好。
4.4AVR柜
信号采集处理板电路正常，电流电压变换器（5 A/10 V）副边电阻约为14 Ω。
5原因分析
从故障现象和检查情况可知，熔断器熔断、整流装置起火均由可控硅击穿短路引起，而可控硅击穿短路的原因有以下几种可能：①可控硅本身质量有缺陷；②发电机机端电压突然降低，强励动作；③励磁调节器由于采样不准或调节控制程序出现异常造成误强励。故障后，对可控硅进行初步测试，除9只已经被击穿的可控硅外，其余可控硅的各项技术参数均满足额定要求。对于同一批产品而言，大量可控硅同时出现参数变化的可能性可以排除。故障发生前，发电机机端电压和无功功率并未发生大的波动，因此排除第2种可能。故障发生时，主控制室“发电机强励”光字亮，DCS录波图上励磁电压和励磁电流同时上升，说明强励已经动作。结合录波图、故障过程及故障后对装置的检查，对故障原因分析如下：第1次突变过程中，励磁调节器控制程序出现异常，触发角开至强励角度（30 °左右），励磁电压突然升高，导致3号整流柜内负组可控硅击穿，电流突然升高并使负组熔断器熔断，延时闭锁3号整流柜输出，同时发出“整流桥1故障”信号。约18 min后，励磁调节器再次发出强励指令，1号整流柜内的正组可控硅击穿、短路，电流突升，熔断器熔断，引发第2次突变，同时闭锁1号整流柜脉冲并发出“整流桥2故障”信号。此时只有2号整流柜运行，当2号整流柜故障，程序强行自动将3台整流柜重新投入时，1号、2号整流柜的正组熔断器已经熔断，励磁电流全部由3号整流柜的正组可控硅通过，导致3号整流柜正组可控硅击穿，一次系统严重短路、放电，从而引发熔断器爆裂。
6整改措施
通过对励磁变压器、交流封闭母线、发电机转子回路等进行仔细检查和试验，采取以下措施：
（1）更换励磁调节器、整流柜、交流母线柜、灭磁开关柜、过电压保护柜等励磁装置，对新安装的励磁系统进行常规静态调试和动态试验。
（2）取消励磁调节器控制程序中“3台整流柜均发生故障后自动强行投入全部整流柜”的逻辑，修改为“3台整流柜均发生故障后瞬时发出励磁系统故障信号，并出口跳闸（全停）”，确保设备安全。
（3）对整流柜滤网进行定期清洗（每月不少于2次），同时在励磁小间内增设1台空调，以降低环境温度、改善励磁系统运行环境。
7结束语
综上所述，优良的励磁系统不仅可以保证发电机运行的可靠性和稳定性，提供合格的电能，而且可以有效地提高发电机及其并入的电力系统的技术经济指标。实施整改措施后，励磁系统动态性能合格率、励磁自动投入率、各限制及保护环节正确动作率均达到100%。运行1 a多来，未发生较大的励磁系统缺陷，确保了发电机励磁系统的安全、可靠运行。
参考文献
1 毛立森、何靖.发电机励磁系统不均流现象分析［J］.华电技术，2010（03）
2 傅守权.发电机励磁系统故障分析及处理［J］.中国水能及电气化，2010（08）
Thermal Power Plant Generator Excitation System Failure Analysis
Li Li
Abstract: In the normal operation of power system operation or accident, the generator excitation control system plays an important role. Articles of a thermal power plant No. 1 generator excitation system overview and analysis of failure phenomena, and proposed solutions.
Key words: excitation systems; failure; installation inspection
“本文中所涉及到的图表、公式、注解等请以PDF格式阅读”