发电机低励失磁跳机故障分析

发电机低励失磁跳机故障分析发电机低励失磁跳机故障分析 武汉钢电股份有限公司 2 台 200 mw 机组是东方电机厂生产的 qfsn 200 2 型水氢氢汽轮发电机 7 回 110 kv 联络线分别与武 钢变 冶金变 轧钢变三变电站相连 与 220 kv 系统联系紧密 系统无功功率储备充足 为考核机组的进相运行能力以及对系 统电压的调节能力 对发电机组进行了进相运行试验 并根据 试验结果给出了发电机进相运行时 110 kv 母线电压的调压率 为 0 21 0 5 kv 10 mvar 220 kv 系统的调压率为 0 1 0 254 kv 10 mvar 1 故障简况 2001 09 27 武汉钢电股份有限公司 1 号机备用 2 号机在手动 励磁运行方式下发生失磁故障 失磁保护动作切换厂用电 锅 炉 mft 动作跳机 故障发生前 2 号机满载运行 发电机有功 200 mw 无功 20 mvar 机端电压 15 29 kv 05 02 00 2 号集控室发出 失磁 信 号 6 kv 快切装置 021 切换 022 切换 随即锅炉 mft 动作 机组跳闸 2 故障分析 2 1 发电机运行中出现低励失磁故障的分析 发电机励磁系统接线如图 1 因副励磁机烧瓦 励磁系统暂运 行于手动方式 这就需要运行人员根据有功变化及时调整无功 使发电机运行在稳定状态 发电机低励失磁过程中各参数变化 见表 1 见表 从表 1 可看出 失磁前发电机有功 198 65 mw 而无功只有 16 29 mvar 此时机组运行于静态稳定曲线上部 静稳裕度较小 且发电机端电压 6 kv 厂用电压均较低 当机组受到外界小的 扰动 负荷由 198 65 mw 逐渐升至 205 04 mw 时 由于运行人 员没能及时增加励磁 发电机的功角 将逐渐增大 使发电机无 功逐渐降低 机端电压和厂用电源电压也随即下降 而手动励 磁电源取自 380 v 厂用电 在手动励磁不作调整的情况下 就 使得发电机转子电压和电流相应下降 从而使发电机无功和电 压进一步下降 进而又造成转子电压 电流下降 如此反复 最终导致发电机失磁 因发电机失磁前带满负荷 则进入异步 运行后 其等效电抗降低较多 发电机从系统吸收的无功功率 也较多 无功进相最大达 150 mvar 图 1 励磁系统接线 2 2 发电机失磁保护动作分析 武汉钢电股份有限公司发电机失磁保护由静态极限机端阻抗 zk 1 转子低电压 zy 1 系统母线低电压 dy 1 三部分组成 阻抗 整定为 32 剑 魈匦越钦 5 转子低电压作为系统故障或 系统振荡时的闭锁元件 整定为 100 v 系统母线低电压整定为 80 un 该保护逻辑框图如图 2 所示 图 2 发电机失磁保护逻辑 解列动作于跳发电机出口开关 程序跳闸动作于主汽门关闭 9 s 后 跳发电机主开关 灭磁开关 6 kv 各分支开关 从表 1 数据可知 发电机由低励失磁运行逐步进入失步运行阶 段 无功进相最大达 150 mvar 此时机端测量阻抗由正常位于 第一象限过渡到第四象限 并进入异步运行阻抗园内 在转子 低电压低于 100 v 时 失磁保护 t1 延时 0 5 s 动作出口 发 失 磁 信号并切换厂用电 整个发电机失磁过程中 造成系统无功 缺损近 170 mvar 按机组进相试验所提供的调压率 0 21 0 5 kv 10 mvar 即发电机每少发无功 10 mvar 110 kv 母线电压下 降 0 21 0 5 kv 则 110 kv 母线电压下降约 3 57 8 5 kv 且考 虑系统中其它机组的作用 110 kv 系统电压并不会下降到其额 定值的 80 网控的数据录波也显示 发电机失步时 110 kv 系统电压仍高于 80 un 故失磁保护的系统低电压条件未满足 失磁保护 t2 不出口跳机 2 3 锅炉 mft 动作分析 当炉膛压力大幅波动 1 500 pa 或主燃料丧失 给粉机全跳 时 都会引起锅炉 mft 动作 mft 动作后 延时 9 s 联跳发电机出 口开关及灭磁开关 武汉钢电股份有限公司于 1999 年对给粉机进行了变频器改造 其变频调速器为三菱电机株式会社生产的 fr e500 型变频器 给粉机原控制回路仍保留 即仍由同操器送出信号给控制器 再由控制器输出 4 20 ma 的直流信号给变频器控制给粉机转速 fr e 500 型变频器的工作电压为 325 528 v 即变频器在工作 电压为 0 8 1 3 un 时正常工作 若超出此范围时 变频器将停 止工作 使给粉机跳闸造成主燃料丧失 mft 动作 厂用电压 过低或瞬时停电时 变频器自保持时间设定为 1 s 当电源电压 低于变频器最低工作电压或消失超过 1 s 时 变频器无输出 给 粉机跳闸 从表 1 可知 发电机从开始进相到失磁保护动作 整个过程 33 s 在此过程中 6 kv 母线电压大幅下降 直至低于额定值的 80 5 04 kv 若不考虑变压器的压降 则 380 v 母线电压也降 低至额定值的 80 320 v 以下 且失磁保护动作切换厂用电时 又产生瞬时失压 厂用电切换时间约 120 ms 最终造成变频器 停止工作 使给粉机全跳 锅炉 mft 动作跳机 由上面分析可知 发电机低励失磁后 失磁保护仅动作于 失磁 信号并切换厂用电 因厂用电降得过低且维持时间较长 造成 给粉机变频器停止输出 给粉机跳闸使锅炉 mft 动作跳机 3 建议和措施 3 1 加强运行人员的技术和工作责任心培训 发电机手动励磁方式只是在自动励磁调节器故障或副励机不具 备投入运行的情况下 临时满足发电的需要 机组手动励磁运 行时 运行人员应有高度的工作责任心 集中精力监盘 并能 根据负荷的变化 及时调整励磁 使发电机有功和无功的比值 小于 3 同时应抓紧抢修 尽快恢复自动励磁运行 3 2 失磁保护重新整定 当发电机失磁造成静态稳定破坏进入异步运行后 从系统吸收 大量无功 此时系统电压仍未降到低电压整定值 失磁保护不 能动作将机组从系统解列 这将使邻近机组过载 系统稳定受 到威胁 同时 6 kv 母线电压急剧下降 严重威胁厂用辅机的安 全运行 还会使定子过流 定子电枢绕组温度上升 定子端部 发热及转子发热 对机组自身安全造成很大威胁 故应根据现 场实际 进行合理计算 适当整定 使发电机失磁时 保护能 及时将机组从系统解列 确保系统稳定及机组自