励磁系统灭磁电阻损坏的原因分析.pdf

第 卷 第 期华电技术 年 月 励 磁 系 统 灭 磁 电 阻 损 坏 的 原 因 分 析 陈伟， 林非 （ 华电福建沙县城关水电有限公司， 福建 沙县 ） 摘 要： 自华电福建沙县城关水电有限公司 机组投运以来， 第 次出现了灭磁电阻损坏的问题， 针对出现的问题对故 障原因进行了分析， 利用排除法初步判断为灭磁电阻故障， 更换灭磁电阻后， 机组运行正常。 关键词： 励磁系统； 灭磁回路； 转子过压； 灭磁电阻损坏； 原因分析 中图分类号： 文献标志码： 文章编号： （ ） 收稿日期： ； 修回日期： 问题的提出 华电福建沙县城关水电有限公司装机容量为 ， 该公司水力发电厂是沙溪流域梯级开发 的电站之一。 年 月 日， 机组在大修期 间， 对励磁系统进行了检查试验， 在检查清扫各元器 件时， 发现灭磁开关柜过电压保护回路转子侧与灭 磁电阻 串联的 个特制熔断器均烧坏， 需更 换特制熔断器。 年 月 日， 在 机组大修开 机进行升压试验时， 启励后控制器电压达 定子 额定电压时， 灭磁开关柜过电压信号灯亮， 复归过电 压信号器后正常， 继续升压至 定子额定电压， 过电压信号灯亮动作， 于是逆变， 停止升压。对过电 压回路进行了检查， 发现灭磁开关柜除灭磁电阻外 各元器件均正常， 灭磁电阻外观检查正常。灭磁电 阻是非线性电阻， 需要用专用仪器进行检测， 因华电 福建沙县城关水电有限公司没有这种仪器， 利用排 除法初步判断为灭磁电阻故障。 年 月 日， 更换整组 个灭磁电阻后， 开机升压试验正常， 并网 带负荷正常， 甩负荷试验正常。 若要搞清灭磁电阻损坏的原因， 就必须了解其 在灭磁回路中的作用。发电机的励磁绕组就是一个 具有较大电感的线圈， 在正常情况下， 励磁电流在发 电机转子上产生较强的磁场。当发电机内部故障 时， 需要迅速切断励磁电流， 除去发电机的磁场， 以 免事故扩大。因为直接切断励磁电流会在励磁绕组 的两端产生高电压， 可能会烧坏开关触头。所以， 在 切断励磁回路前， 首先在转子两端并联接入灭磁电 阻， 这样， 再切断励磁回路时， 灭磁电阻就可迅速吸 收励磁绕阻的磁能， 减缓转子电流变化速度， 以达到 降低转子自感电动势和抑制转子过电压及灭磁之目 的。水力发电厂灭磁回路如图所示。 图 灭磁回路示意图 原因分析 引发转子过压的原因很多， 励磁设备生产厂家 根据多年现场处理的经验， 列出了以下种原因： （ ） 若发生异常的空载失控误强励工况， 励磁 电流可增至额定励磁电流的 倍， 此时磁场 储能量远大于空载有控误强励能容量， 灭磁电阻由 此可能会过热烧毁。 （ ） 长时间吸收了由发电机异步运行时产生的 滑差过电压， 连续吸收的能量超过氧化锌（ ） 灭 磁电阻的容量极限， 灭磁电阻会发生热击穿而 短路， 其串联的保护熔断器熔断。 （ ） 在励磁没投入的情况下， 转子转速不同步 时误合出口断路器， 由电网通过定子侧向转子回路 过电压保护电阻源源不断地输入能量， 的吸能 超过了极限， 也会过热烧毁灭磁兼转子侧过压保护 电阻。 （ ） 若发生非全相运行， 则负序电流产生的负 序磁场和转子会反向旋转， 从而切割转子绕组产生 感应电势， 使转子过电压保护动作， 时间长了也会使 保护电阻过热烧毁。 （ ） 雷击。 经解体检查后发现灭磁电阻阀片全部烧损且烧 损位置在阀片的边缘釉面， 说明灭磁电阻承受了持 第 期陈伟， 等： 励磁系统灭磁电阻损坏的原因分析 表 灭磁容量核算 核算项目单位参数核算项目单位参数 额定功率 励磁方式自并励 空载励磁电压 空载励磁电流 额定励磁电压 额定励磁电流 转子时间常 转子电阻 （ ） 励磁变压器二次电压 磁场开关 （ 下转第 页） 续的过电压， 吸收了超过额定承受能力的容量， 由于 持续能容量的聚集， 导致电阻阀片过热烧毁。可以 肯定的是， 灭磁电阻 在发生故障过程中必定 有转子过电压发生， 也一定有转子过电压信号发出， 因为“ 转子过压” 检测回路始终正常。若要分析灭 磁电阻损坏的原因， 就要对 机组转子过电压的历 史进行全面回顾。 年 月 日， 过电压信号是假信号， 为此 烧坏呈短路状态， 导致特制熔断器烧坏， 而后 更换特制熔断器由于 的短路， 很低的转子电 压就会报转子过电压信号。 机组励磁系统自 年 月技术改造后， 年 月 日晚， 机组运行中报“ 机组励 磁限制动作” ， 上位机报“机组定子过负荷动作” 后， 运行值班人员从上位机给停机令跳 发电机出 口开关， 灭磁开关柜有“ 转子过压” 信号， 灭磁开关 未分闸。在此过程中， 无功出现失调现象。运行值 班人员到现场查看后， 发现 机组励磁调节柜 套调节器为主控， 套调节器液晶屏黑屏， 但调节器 的信号灯显示正常（ ， 套调节器是互为备用关 系） 。检修人员检查处理情况如下： （ ） 套调节器在失磁和机组无法启励时， 对 套调节器进行了检查。通过小电流试验， 检查发现 ， 套切换继电器 轻微摇动， 其结果会造成机 组调节脉冲丢失和无法启励， 检修人员判断该继电 器与底座接触不良， 随后更换继电器 。更换了 套插件主机板、 采集模拟板和脉冲板并进行了相 关试验， 试验结果均正常。检修人员判断 套调节 器调节失灵原因可能是机组在运行过程中出现振 动， 从而造成继电器 接触不良。 （ ） 套调节器运行时出现的失调现象主要是 采集模拟板、 主机板和脉冲板存在软故障而造成的， 现场试验无法模拟出该现象。检修人员将 块插件 直接进行了更换。由于 套调节器在失调过程中 液晶屏黑屏， 检修人员直接对 套调节器底板进行 了更换。 经检修人员检查处理后， 对 套控制器分别进 行了定子电压、 定子电流、 有功和无功校验， 对欠励 和过励进行了试验，同时对 套控制器转子电流进 行了校验和强励试验及对 ， 套调节器的静态进 行了模拟试验，试验结果均正常。机组开机进行零 起升压试验也未发现异常。 年 月 日晚， 机组带满负荷， 因厂外 线路 处遭雷击， 相发生非永久性接 地故障， 机组甩负荷并报“机组过电压保护” 动作， 发电机出口开关未跳闸， 无其他异常信号。检 修人员事后检查未发现设备异常。 综合以上情况， 技术人员分析认为， 导致灭磁电 阻 损坏的原因是由于 年月 日晚 励磁系统调节器未进行调节， 在转子上产生了持续 的能量， 由于磁场能量叠加， 持续过电压引起烧坏， 导致灭磁电阻 部分损坏， 致使其吸收能量能 力降低， 年月 日晚， 机组过电压时又损 坏另一部分， 技术人员判定是因产品质量问题造成的损 坏。同时， 技术人员质疑励磁系统配备的过压保护回路 灭磁电阻容量偏小， 也可能是此次灭磁电阻损坏的原因。 为此， 对灭磁容量进行了核算， 计算结果见表 。 发电机转子最大储能可按空载有控误强励状态 的储能计算， 此时励磁电流取额定励磁电流的 倍， 铁芯进入饱和区。根据电工理论、 真机试验和大量 的使用经验， 该能量值可用下式估算 ， ， （ ）， 式中： 为转子绕组的最大储能， ； 为转子绕 组的空载储能， ； 为转子绕组在空载时不饱和电 感， ； 为空载励磁电流， ； 为定子绕组三相开 路时， 转子绕组时间常数， ； （ ）为转子绕组直流 电阻（ 温度时） ， 。 由此可以得知： （ ） （ ） 。 若按实际灭磁电阻的额定能容量选择， 还考虑 容量储备系数、 耗能分配系数、 均能系数等 第 期刘宏宇， 等： 高压变频技术在 机组凝结水泵节能改造中的应用 改造后的效果 （ ） 节能效果。改造后， 经过长时间的运行观察 并通过采用变频器调节凝结水泵转速， 采用除氧器水 位调节阀来调节凝结水流量， 负荷在 ， 与改造前相比， 节能效果最高可达到 （ 见表 ） 。 表 改造后节能效果 序号负荷 凝结水泵电流 工频变频 节能效 果 （ ） 变频调速解决了启动时大电流对电动机的 冲击， 降低了日常维护工作量， 延长了电动机的使用 寿命。 （ ） 采用凝结水泵变频调速系统有利于系统稳 定运行， 减少运行维护量。 结束语 邹县电厂 台 机组相继进行了凝结 水泵变频技术改造， 改造后变频器运行稳定， 高压电 动机在启动中实现了软启动， 保护了电动机， 延长了 电动机的寿命， 变频改造后， 凝结水再循环调节阀保 持全关状态， 减少了回流损失； 除氧器的水位变频调 节平滑性好、 精度高， 水位波动小， 易于机组的稳定 运行。但除氧器水位调节有待进一步优化， 使其满 足在各种工况下达到更大的节能效果。凝结水泵变 频改造对机组其他高压电动机变频技术改造也具有 参考价值。 参考文献： 王玉彬 基于高压变频器的火电厂凝结水泵一拖二变频 调速改造 工矿自动化， ， （ ） ： 刘海东 凝结水泵电动机采用变频调速的控制策略 华东电力， （ ） ： （ 编辑： 王书平） 作者简介： 刘宏宇（ ） ， 男， 山东汶上人， 工程师， 工学硕士， 从事 热工控 制 系统 检修 和 维护 方面 的工 作 （ ： 欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍 ） 。 （ 上接第 页） （ ） ， 式中： 为容量储备系数， 按 大 中型水轮发电机静止整流励磁系统及装置技术条 件 第 （ ） 要求应为 ， 一般可取 ， 是考虑灭磁电阻各并联组件串联了特种熔断 器， 运行中 组件退出后仍可保证可靠灭磁的要 求； 为耗能分配系数， 因转子储能量不完全消耗于 灭磁电阻中， 还有转子电阻、 磁场断路器、 阻尼绕阻 及汽发机的整锻铁芯中均有耗能， 水轮发电机组取 经验值 ； 为灭磁电阻阀片选配的均能系数， 出厂时灭磁电阻组件选配均能系数为 ， 故取值 。 华电福建沙县城关水电有限公司配备的灭磁电 阻能容量为 ， 电源侧过压保护能容量为 ， 合计灭磁和过压保护能容量为 ， 大于计算值 ， 可以满足机组空载有控误强 励灭磁及各种过压保护能容量要求。 结束语 电厂因采用不合理的过压保护方式， 由于过压 和过热引起转子绕组被烧损， 造成事故扩大化。华 电福建沙县城关水电有限公司灭磁回路采用灭磁兼 转子过压保护的设计方式， 因产品质量原因， 励磁系 统调节器在未能可靠调节的情况下， 导致灭磁电阻 损坏。由于灭磁兼过压保护电阻吸能限