〔摘 要〕 針對一起200MW機(jī)組低勵(lì)失磁故障，分析了發(fā)電機(jī)低勵(lì)失磁的過程及保護(hù)動(dòng)作情況，作出跳機(jī)的原因是發(fā)電機(jī)失磁造成廠用電壓過低使給粉機(jī)變頻器停止工作而引起鍋爐MFT動(dòng)作，提出了反事故措施。
〔關(guān)鍵詞〕 發(fā)電機(jī)；低勵(lì)失磁；廠用電；變頻器；MFT
武漢鋼電股份有限公司2臺200 MW機(jī)組是東方電機(jī)廠生產(chǎn)的QFSN-200-2型水氫氫汽輪發(fā)電機(jī)，7回110 kV聯(lián)絡(luò)線分別與武鋼變、冶金變、軋鋼變?nèi)冸娬鞠噙B，與220 kV系統(tǒng)聯(lián)系緊密，系統(tǒng)無功功率儲備充足。為考核機(jī)組的進(jìn)相運(yùn)行能力以及對系統(tǒng)電壓的調(diào)節(jié)能力， 對發(fā)電機(jī)組進(jìn)行了進(jìn)相運(yùn)行試驗(yàn)，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果給出了發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行時(shí)，110 kV母線電壓的調(diào)壓率為0.21～0.5 kV/10 Mvar，220 kV系統(tǒng)的調(diào)壓率為0.1～0.254 kV/10 Mvar。
1 故障簡況
2001-09-27，武漢鋼電股份有限公司1號機(jī)備用，2號機(jī)在手動(dòng)勵(lì)磁運(yùn)行方式下發(fā)生失磁故障，失磁保護(hù)動(dòng)作切換廠用電，鍋爐MFT動(dòng)作跳機(jī)。
故障發(fā)生前，2號機(jī)滿載運(yùn)行，發(fā)電機(jī)有功200 MW，無功20 Mvar，機(jī)端電壓15.29 kV。05∶02∶00，2號集控室發(fā)出“失磁”信號，6 kV快切裝置“021切換”、“022切換”，隨即鍋爐MFT動(dòng)作，機(jī)組跳閘。
2 故障分析
2.1 發(fā)電機(jī)運(yùn)行中出現(xiàn)低勵(lì)失磁故障的分析
發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)接線，因副勵(lì)磁機(jī)燒瓦，勵(lì)磁系統(tǒng)暫運(yùn)行于手動(dòng)方式，這就需要運(yùn)行人員根據(jù)有功變化及時(shí)調(diào)整無功，使發(fā)電機(jī)運(yùn)行在穩(wěn)定狀態(tài)。
可看出，失磁前發(fā)電機(jī)有功198.65 MW，而無功只有16.29 Mvar，此時(shí)機(jī)組運(yùn)行于靜態(tài)穩(wěn)定曲線上部，靜穩(wěn)裕度較小，且發(fā)電機(jī)端電壓、6 kV廠用電壓均較低。當(dāng)機(jī)組受到外界小的擾動(dòng)，負(fù)荷由198.65 MW逐漸升至205.04 MW時(shí)，由于運(yùn)行人員沒能及時(shí)增加勵(lì)磁，發(fā)電機(jī)的功角 將逐漸增大，使發(fā)電機(jī)無功逐漸降低，機(jī)端電壓和廠用電源電壓也隨即下降，而手動(dòng)勵(lì)磁電源取自380 V廠用電，在手動(dòng)勵(lì)磁不作調(diào)整的情況下，就使得發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓和電流相應(yīng)下降，從而使發(fā)電機(jī)無功和電壓進(jìn)一步下降，進(jìn)而又造成轉(zhuǎn)子電壓、電流下降，如此反復(fù)，最終導(dǎo)致發(fā)電機(jī)失磁。因發(fā)電機(jī)失磁前帶滿負(fù)荷，則進(jìn)入異步運(yùn)行后，其等效電抗降低較多，發(fā)電機(jī)從系統(tǒng)吸收的無功功率也較多，無功進(jìn)相最大達(dá)-150 Mvar。
2.2 發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)動(dòng)作分析
武漢鋼電股份有限公司發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)由靜態(tài)極限機(jī)端阻抗ZK-1、轉(zhuǎn)子低電壓ZY-1、系統(tǒng)母線低電壓DY-1三部分組成，阻抗整定為32 劍??魈匭越欽?ㄎ?5。，轉(zhuǎn)子低電壓作為系統(tǒng)故障或系統(tǒng)振蕩時(shí)的閉鎖元件，整定為100 V，系統(tǒng)母線低電壓整定為80% Un，該保護(hù)邏輯框圖如圖2所示。
解列動(dòng)作于跳發(fā)電機(jī)出口開關(guān)；程序跳閘動(dòng)作于主汽門關(guān)閉9 s后， 跳發(fā)電機(jī)主開關(guān)、滅磁開關(guān)、6 kV各分支開關(guān)。
從表1數(shù)據(jù)可知，發(fā)電機(jī)由低勵(lì)失磁運(yùn)行逐步進(jìn)入失步運(yùn)行階段，無功進(jìn)相最大達(dá)150 Mvar，此時(shí)機(jī)端測量阻抗由正常位于第一象限過渡到第四象限，并進(jìn)入異步運(yùn)行阻抗園內(nèi)，在轉(zhuǎn)子低電壓低于100 V時(shí)， 失磁保護(hù)t1 延時(shí)0.5 s動(dòng)作出口，發(fā)“失磁”信號并切換廠用電。整個(gè)發(fā)電機(jī)失磁過程中，造成系統(tǒng)無功缺損近170 Mvar，按機(jī)組進(jìn)相試驗(yàn)所提供的調(diào)壓率0.21～0.5 kV/10 Mvar(即發(fā)電機(jī)每少發(fā)無功10 Mvar，110 kV母線電壓下降0.21～0.5 kV)，則110 kV母線電壓下降約3.57～8.5 kV，且考慮系統(tǒng)中其它機(jī)組的作用，110 kV系統(tǒng)電壓并不會下降到其額定值的80%，網(wǎng)控的數(shù)據(jù)錄波也顯示，發(fā)電機(jī)失步時(shí)，110 kV系統(tǒng)電壓仍高于80% Un，故失磁保護(hù)的系統(tǒng)低電壓條件未滿足，失磁保護(hù)t2不出口跳機(jī)。
2.3 鍋爐MFT動(dòng)作分析
當(dāng)爐膛壓力大幅波動(dòng)(±1 500 Pa)或主燃料喪失(給粉機(jī)全跳)時(shí)，都會引起鍋爐MFT動(dòng)作。MFT動(dòng)作后，延時(shí)9 s聯(lián)跳發(fā)電機(jī)出口開關(guān)及滅磁開關(guān)。
武漢鋼電股份有限公司于1999年對給粉機(jī)進(jìn)行了變頻器改造，其變頻調(diào)速器為三菱電機(jī)株式會社生產(chǎn)的FR-E500型變頻器。給粉機(jī)原控制回路仍保留，即仍由同操器送出信號給控制器，再由控制器輸出4～20 mA的直流信號給變頻器控制給粉機(jī)轉(zhuǎn)速。FR-E 500型變頻器的工作電壓為325～528 V， 即變頻器在工作電壓為0.8～1.3 Un時(shí)正常工作，若超出此范圍時(shí)，變頻器將停止工作，使給粉機(jī)跳閘造成主燃料喪失，MFT動(dòng)作。廠用電壓過低或瞬時(shí)停電時(shí)，變頻器自保持時(shí)間設(shè)定為1 s，當(dāng)電源電壓低于變頻器最低工作電壓或消失超過1 s時(shí)，變頻器無輸出，給粉機(jī)跳閘。
從表1可知，發(fā)電機(jī)從開始進(jìn)相到失磁保護(hù)動(dòng)作，整個(gè)過程33 s，在此過程中，6 kV母線電壓大幅下降，直至低于額定值的80%(5.04 kV)，若不考慮變壓器的壓降，則380 V母線電壓也降低至額定值的80%(320 V)以下，且失磁保護(hù)動(dòng)作切換廠用電時(shí)，又產(chǎn)生瞬時(shí)失壓(廠用電切換時(shí)間約120 ms)，最終造成變頻器停止工作，使給粉機(jī)全跳，鍋爐MFT動(dòng)作跳機(jī)。
由上面分析可知，發(fā)電機(jī)低勵(lì)失磁后，失磁保護(hù)僅動(dòng)作于“失磁”信號并切換廠用電，因廠用電降得過低且維持時(shí)間較長，造成給粉機(jī)變頻器停止輸出，給粉機(jī)跳閘使鍋爐MFT動(dòng)作跳機(jī)。
3 建議和措施
3.1 加強(qiáng)運(yùn)行人員的技術(shù)和工作責(zé)任心培訓(xùn)
發(fā)電機(jī)手動(dòng)勵(lì)磁方式只是在自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器故障或副勵(lì)機(jī)不具備投入運(yùn)行的情況下，臨時(shí)滿足發(fā)電的需要。機(jī)組手動(dòng)勵(lì)磁運(yùn)行時(shí)，運(yùn)行人員應(yīng)有高度的工作責(zé)任心，集中精力監(jiān)盤，并能根據(jù)負(fù)荷的變化，及時(shí)調(diào)整勵(lì)磁， 使發(fā)電機(jī)有功和無功的比值小于3，同時(shí)應(yīng)抓緊搶修，盡快恢復(fù)自動(dòng)勵(lì)磁運(yùn)行。
3.2 失磁保護(hù)重新整定
當(dāng)發(fā)電機(jī)失磁造成靜態(tài)穩(wěn)定破壞進(jìn)入異步運(yùn)行后，從系統(tǒng)吸收大量無功，此時(shí)系統(tǒng)電壓仍未降到低電壓整定值，失磁保護(hù)不能動(dòng)作將機(jī)組從系統(tǒng)解列，這將使鄰近機(jī)組過載，系統(tǒng)穩(wěn)定受到威脅，同時(shí)6 kV母線電壓急劇下降，嚴(yán)重威脅廠用輔機(jī)的安全運(yùn)行； 還會使定子過流，定子電樞繞組溫度上升，定子端部發(fā)熱及轉(zhuǎn)子發(fā)熱，對機(jī)組自身安全造成很大威脅。故應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際，進(jìn)行合理計(jì)算，適當(dāng)整定，使發(fā)電機(jī)失磁時(shí)，保護(hù)能及時(shí)將機(jī)組從系統(tǒng)解列，確保系統(tǒng)穩(wěn)定及機(jī)組自身安全。
3.3 改變變頻器工作電源
由于給粉機(jī)變頻器工作電源接于380 V廠用電，當(dāng)廠用電電壓異常降低或消失(如切換緩慢)時(shí)，將會影響變頻器正常工作，從而導(dǎo)致給粉機(jī)跳閘使MFT動(dòng)作，為此，可將變頻器工作電源接至廠用UPS，這樣變頻器工作就不會受廠用電壓的影響了。