武漢鋼電股份有限公司2臺200 MW機組是東方電機廠生產(chǎn)的QFSN-200-2型水氫氫汽輪發(fā)電機，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。為考核機組的進相運行能力以及對系統(tǒng)電壓的調(diào)節(jié)能力，　對發(fā)電機組進行了進相運行試驗，并根據(jù)試驗結(jié)果給出了發(fā)電機進相運行時，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號機備用，2號機在手動勵磁運行方式下發(fā)生失磁故障，失磁保護動作切換廠用電，鍋爐MFT動作跳機。

　　故障發(fā)生前，2號機滿載運行，發(fā)電機有功200 MW，無功20 Mvar，機端電壓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動作，機組跳閘。

2 故障分析

2.1 發(fā)電機運行中出現(xiàn)低勵失磁故障的分析

　　發(fā)電機勵磁系統(tǒng)接線如圖1，因副勵磁機燒瓦，勵磁系統(tǒng)暫運行于手動方式，這就需要運行人員根據(jù)有功變化及時調(diào)整無功，使發(fā)電機運行在穩(wěn)定狀態(tài)。發(fā)電機低勵失磁過程中各參數(shù)變化見表1。

見表

　　從表1可看出，失磁前發(fā)電機有功198.65 MW，而無功只有16.29 Mvar，此時機組運行于靜態(tài)穩(wěn)定曲線上部，靜穩(wěn)裕度較小，且發(fā)電機端電壓、6 kV廠用電壓均較低。當機組受到外界小的擾動，負荷由198.65 MW逐漸升至205.04 MW時，由于運行人員沒能及時增加勵磁，發(fā)電機的功角 將逐漸增大，使發(fā)電機無功逐漸降低，機端電壓和廠用電源電壓也隨即下降，而手動勵磁電源取自380 V廠用電，在手動勵磁不作調(diào)整的情況下，就使得發(fā)電機轉(zhuǎn)子電壓和電流相應(yīng)下降，從而使發(fā)電機無功和電壓進一步下降，進而又造成轉(zhuǎn)子電壓、電流下降，如此反復(fù)，最終導(dǎo)致發(fā)電機失磁。因發(fā)電機失磁前帶滿負荷，則進入異步運行后，其等效電抗降低較多，發(fā)電機從系統(tǒng)吸收的無功功率也較多，無功進相最大達-150 Mvar。



　　圖1 勵磁系統(tǒng)接線

2.2 發(fā)電機失磁保護動作分析

　　武漢鋼電股份有限公司發(fā)電機失磁保護由靜態(tài)極限機端阻抗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，該保護邏輯框圖如圖2所示。



　　圖2 發(fā)電機失磁保護邏輯

　　解列動作于跳發(fā)電機出口開關(guān)；程序跳閘動作于主汽門關(guān)閉9 s后，　跳發(fā)電機主開關(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)電機由低勵失磁運行逐步進入失步運行階段，無功進相最大達150 Mvar，此時機端測量阻抗由正常位于第一象限過渡到第四象限，并進入異步運行阻抗園內(nèi)，在轉(zhuǎn)子低電壓低于100 V時，　失磁保護t1 延時0.5 s動作出口，發(fā)“失磁”信號并切換廠用電。整個發(fā)電機失磁過程中，造成系統(tǒng)無功缺損近170 Mvar，按機組進相試驗所提供的調(diào)壓率0.21～0.5 kV/10 Mvar(即發(fā)電機每少發(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)電機失步時，110 kV系統(tǒng)電壓仍高于80% Un，故失磁保護的系統(tǒng)低電壓條件未滿足，失磁保護t2不出口跳機。

2.3 鍋爐MFT動作分析

　　當爐膛壓力大幅波動(±1 500 Pa)或主燃料喪失(給粉機全跳)時，都會引起鍋爐MFT動作。MFT動作后，延時9 s聯(lián)跳發(fā)電機出口開關(guān)及滅磁開關(guān)。

　　武漢鋼電股份有限公司于1999年對給粉機進行了變頻器改造，其變頻調(diào)速器為三菱電機株式會社生產(chǎn)的FR-E500型變頻器。給粉機原控制回路仍保留，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時正常工作，若超出此范圍時，變頻器將停止工作，使給粉機跳閘造成主燃料喪失，MFT動作。廠用電壓過低或瞬時停電時，變頻器自保持時間設(shè)定為1 s，當電源電壓低于變頻器最低工作電壓或消失超過1 s時，變頻器無輸出，給粉機跳閘。

　　從表1可知，發(fā)電機從開始進相到失磁保護動作，整個過程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，且失磁保護動作切換廠用電時，又產(chǎn)生瞬時失壓(廠用電切換時間約120 ms)，最終造成變頻器停止工作，使給粉機全跳，鍋爐MFT動作跳機。

　　由上面分析可知，發(fā)電機低勵失磁后，失磁保護僅動作于“失磁”信號并切換廠用電，因廠用電降得過低且維持時間較長，造成給粉機變頻器停止輸出，給粉機跳閘使鍋爐MFT動作跳機。

3 建議和措施

3.1 加強運行人員的技術(shù)和工作責任心培訓(xùn)

　　發(fā)電機手動勵磁方式只是在自動勵磁調(diào)節(jié)器故障或副勵機不具備投入運行的情況下，臨時滿足發(fā)電的需要。機組手動勵磁運行時，運行人員應(yīng)有高度的工作責任心，集中精力監(jiān)盤，并能根據(jù)負荷的變化，及時調(diào)整勵磁，　使發(fā)電機有功和無功的比值小于3，同時應(yīng)抓緊搶修，盡快恢復(fù)自動勵磁運行。

3.2 失磁保護重新整定

　　當發(fā)電機失磁造成靜態(tài)穩(wěn)定破壞進入異步運行后，從系統(tǒng)吸收大量無功，此時系統(tǒng)電壓仍未降到低電壓整定值，失磁保護不能動作將機組從系統(tǒng)解列，這將使鄰近機組過載，系統(tǒng)穩(wěn)定受到威脅，同時6 kV母線電壓急劇下降，嚴重威脅廠用輔機的安全運行；　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，對機組自身安全造成很大威脅。故應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實際，進行合理計算，適當整定，使發(fā)電機失磁時，保護能及時將機組從系統(tǒng)解列，確保系統(tǒng)穩(wěn)定及機組自身安全。

3.3 改變變頻器工作電源

　　由于給粉機變頻器工作電源接于380 V廠用電，當廠用電電壓異常降低或消失(如切換緩慢)時，將會影響變頻器正常工作，從而導(dǎo)致給粉機跳閘使MFT動作，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。

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