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1、2023/6/27,1,励磁系统故障分析,2023/6/27,2,一、人为小失误酿成大事故二、原理缺陷导致的事故三、安装不当导致的事故四、器件失效导致的事故五、日常试验遇到的问题 六、事故分析方法七、事故预防,2023/6/27,3,一、人为小失误酿成大事故,2023/6/27,4,1.励磁PT未投入引发的变压器爆炸事故 某电厂自并励磁系统大修后，做空载励磁实验时，将调节器投入自动运行，因调试人员未观察到发电机电压上升，开始操作增减磁操作，突然导致励磁变压器高压侧绕组过压击穿，造成短路，发生爆炸事故。检查发现，发电机PT高压侧熔丝未上，励磁调节器收到PT电压全部为0，采用双PT比较法无法判断P
2、T断线，根据闭环计算，励磁调节器输出强励触发角，发电机误强励，定子电压迅速上升，最终导致励磁变压器高压侧绕组过压击穿，造成短路，发生爆炸事故。,2023/6/27,5,2.PSS试验中，白噪声信号对地电阻脱落，造成输入突然变大，跳机；误将3%阶跃响应设成30%造成跳机；,3.无功调差参数设置不一致切换导致发电机误强励事故分析,某电厂200MW机组处于发电状态，有功200MW，无功+100Mvar。励磁调节器正常工作中，A通道为主通道，B通道为从通道，处于备用状态，励磁调试人员观察励磁电流，进行通道切换试验，通道切换命令（A通道至B通道）发出后，励磁电流突然增大，励磁变压器保护动作，作用于发电机
3、解列跳闸。,2023/6/27,6,事故发生后，检查B通道和励磁变压器保护装置，结果表明B通道和励磁变压器保护装置均工作正常，重新开机，B通道也能正常带负荷运行。但发现当发电机空载时，进行A通道和B通道切换，发电机定子电压无扰动；当发电机负载时，进行A通道和B通道切换，发电机定子电压有明显的偏移，遂将事故原因分析重点放在A通道和B通道参数差异上，比较发现：A通道无功调差系数为0，B通道无功调差系数误设置为-15%。,2023/6/27,7,无功调差系数的定义为发电机无功功率为额定容量时，叠加在电压测量值的发电机定子电压的百分数。无功功率调差系数为-15%的含义为当发电机无功功率为额定容量时，发
4、电机定子电压测量等效降低-15%，即相当于增加励磁电流直至发电机定子电压增加15%，事故发生时，无功功率（100MVar）近似为额定容量（235MVA）的42.5%，由于A通道无功功率调差系数为0，B通道无功功率调差系数为-15%，当励磁从A通道运行切换至B通道运行时，相当于发电机电压要增加6.37%，励磁电流急剧增加，超过励磁变压器保护启动值，延时后动作跳闸，发电机解列灭磁。,2023/6/27,8,重新设置无功功率调差系数，A通道和B通道定值相同，发电机并网后重新做A通道和B通道切换试验，试验顺利完成，发电机定子电压、无功功率和励磁电流无明显变化。检查励磁调节器励磁电流过励限制定值和励磁变
5、压器保护装置定值配合情况，保证出现误强励时，励磁调节器励磁电流过励限制先动作降低励磁电流，不能出现励磁变压器保护先动作于发电机解列。,2023/6/27,9,4.近端负荷设置负调差引起发电机无功波动故障分析,某大型国企自备电厂60MW机组，原励磁系统为老式模拟式励磁调节器，利用检修期间更换为微机型励磁调节器，励磁调节器调试完成后，发电机进行并网试验，试验期间发电机无功功率运行稳定，数天后，发电机重新开机后，发电机机端电压和无功功率出现长期不平息的波动现象。,2023/6/27,10,故障发生后，电厂和厂家技术人员对故障进行技术分析，对试验期间的录波数据和故障时的录波数据进行对比分析，结果显示前
6、后的不同：试验期间发电机的负荷主要输出至高压母线（35KV），再经由高压母线（35KV）供给企业使用；而故障时发电机的负荷主要供给低压母线（6.3KV）使用。,2023/6/27,11,重新对定值进行核算，无功调差系数设置为-4%，由于发电机主接线采用单元接线，无功调差系数为-4%，以补偿变压器的电压降，但是对于低压母线负荷而言，发电机定子与负荷之间阻抗为零，根据无功功率调差系数的物理意义，对于机端负荷较重的发电机组，其无功功率调差系数必须为正。将无功功率调差系数更改为4%后，发电机无功功率波动很快平息后，运行稳定。,2023/6/27,12,2023/6/27,13,5.励磁电流的采样值偏低
7、引发的事故 某电厂空载励磁实验进行到自动方式切换手动方式的实验。当励磁方式从自动切换成手动后，整流柜上的励磁电流和励磁电压表计急升。此时试验人员按逆变令无效，现场工作人员立即断开灭磁开关。此时励磁小间的灭磁柜起火，灭磁开关烧毁，设备100余万，停机20多天。原因电压闭环切换电流闭环时，转子电流采样偏小，而电流给定值大于电流实际值，为增加转子电流，触发角度从72度减小到70度，励磁电流增加使机端电压缓慢上升至1.2倍，机端电压达到1.2倍时，定子电流突然增加，导致调节器判断为负载状态，由于转子电流没有达到负载最小励磁电流限制值，负载最小励磁电流限制动作，触发角减少到强励角10度，励磁电流快速增加
8、，进而又快速升高机端电压；由于调节器已认为是负载状态，因此空载过电压保护功能未能动作。,2023/6/27,14,典型案例分析：励磁电流的采样值偏低引发的事故分析,发电机参数额定功率 200MW额定励磁电压 450V额定励磁电流 1765A空载励磁电流 670A,主励磁机参数：额定功率 1058kW额定电压 415V额定电流 1600A额定频率 100HZ额定励磁电压 48.9V额定励磁电流 148.9A,副励磁机参数：额定功率 40.25kW额定电压 161V额定电流 165A额定频率 500HZ,以典型案例结合控制原理分析事故原因，确定事故处理方案，预防类似事故再次发生。,2023/6/2
9、7,15,事故现象2010年11月8日18点06分，某电厂#1机（200MW，三机励磁）空载励磁实验进行到自动方式切换手动方式的实验。当励磁方式从自动切换成手动后，整流柜上的励磁电流和励磁电压表计急升。此时试验人员按逆变令无效，现场工作人员立即断开灭磁开关。此时励磁小间的灭磁柜起火，灭磁开关烧毁。损失：设备100余万，停机20多天，。,2023/6/27,16,现场录波图,2023/6/27,17,结论：典型的空载误强励。疑问：1）可控硅为何全开放？2）过压这么多，调节器空载过压保护为何未能动作，V/Hz为何未动作切除？3）定子电流和无功从何而来？4）灭磁电路为何未正常工作，灭磁开关为何烧毁？
10、为方便分析分为3个阶段1、第一阶段：电压上升，机端电压5秒钟内从90%上升到120%。2、第二阶段：电压开始剧烈振荡，最大150%，最小125%，过激磁造成定子电流（无功）从0上到额定以上并剧烈振荡，触发角从70减少到强励角10度，然后在10-60度之间振荡。3、第二阶段：跳灭磁开关时准备灭磁时烧毁灭磁开关，设备损坏。,录波图分析,2023/6/27,18,现场录波图,再次分析录波图发现：从录波图发现转子电流为何几乎为零，为何？,2023/6/27,19,第一阶段事故分析：现场调试人员在励磁电流采样值偏低的情况下，按动了电压闭环和电流闭环的切换，导致了机端电压的上升。在电压闭环和电流闭环的切换
11、试验前，所有的励磁模拟量需要校验准确，现场调试人员对励磁电流校验存在疏忽。现场励磁电流的实际采样值偏低，而现场人员在电压闭环和电流闭环的切换前忽略了这点。励磁电流采样为何会偏小？励磁电流采样偏小为何会造成发电机电压持续上升？,2023/6/27,20,关于转子电流的测量问题，3种方法：1）直接测分流计关于转子电流测量；2）直接测CT；3）间接测CT。第一种原理：测毫伏信号，比如3000A：75mV，测得毫伏信号后直接算出励磁电流。优点：直接、只用一个AD通道，好校验。缺点：体积大，对绝缘、耐压要求高，对额定转子电压500V来说，要求变送器原副边耐压5000V，制造困难，；容易损坏，变送器容易受
12、干扰，测量精度低；要有外电源。我们建议额定励磁电压小于300V的情况采用,2023/6/27,21,第二种原理直接测励磁机或励磁变3相CT交流电流，原理，利用转子是个大电感，交流电流和直流的关系固定，Idc=Iac/0.816。优点：交流测量技术非常成熟，直接由CT保证耐压，还可以判断三相是否平衡，起到监视励磁机、励磁变和整流桥臂故障的作用。缺点：测量CT外置，不在自身柜内，增加外部接线，尤其对改造项目，CT安放有时有困难，需要3路AD采样，校准要校3路；我们建议多采用该种方式，除非是直流励磁机方式，必须用第一种方式。,2023/6/27,22,励磁电流采样偏小为何会造成发电机电压持续上升？因
13、为该励磁系统手动控制模型是一个无差调节。调节必须等到偏差=IG-Ifd=0才停止，只要偏差不回零，输出就一直上升。,励磁系统手动控制模型,2023/6/27,23,无差调节和有差调节励磁系统手动控制模型中KPID（S）只要含纯积分因子就是无差调节，否则是有差调节，自动控制也一样。当自动运行时，如PT未接入（PT小车未推入或PT高压保险未放入），PT电压始终采样到0，也会发生类似的误强励现象,在此需要特别注意。,励磁系统自动动控制模型,2023/6/27,24,理解有差、无差意义：空载阶跃时的电压变化完全重合为无差，不重合为有差调节,2023/6/27,25,第二阶段事故分析：电压从90%上升到
14、120%后：电压开始剧烈振荡，最大150%，最小125%，过激磁造成定子电流（无功）从0上到额定以上并剧烈振荡，触发角从70减少到强励角10度，然后在10-60度之间振荡。1）可控硅为何全开放？2）过压这么多，调节器空载过压保护为何未能动作，V/Hz为何未动作切除？3）定子电流和无功从何而来？,2023/6/27,26,查看故障日志，有告警和故障，PT断线和V/Hz标志，无法判断，就只有继续从故障录波图分析。,当空载电压上升到120%时，主变因为过激磁进入饱和，主变输入阻抗急剧下降，定子电流突然由增加，导致调节器判断为负载状态，负载最小参考量限制起作用，电流给定更大，转子电流依然很小，偏差控制
15、加大，调节器输出达到饱和。而手动时，空载和V/Hz保护不起作用，发电机电压到1.5倍,2023/6/27,27,调节器误判断并网状态是故障进一步扩大的起因。单纯靠有定子电流判断并网并不可靠。因为在空载时，主变过激磁会使定子电流突然增加，导致调节器判断为负载状态。判断并网方法1）出口开关的位置：纯靠开关量，要消抖动处理2）判断定子CT电流+出口开关位置：如以上会误判，因为定子电流大，但有功分量很小。3）判断定子CT电流有功分量+出口开关位置，建议CT电流有功分量达到0.3标么+出口开关位置,2023/6/27,28,判断并网后设置最小电流给定是不合理的，给定值在任何状态下不能突变，只能通过增减磁
16、操作改变。判断并网后，限制励磁电流的最小值不合理，是一种简单的照抄前人经验的结果，给用户理解调节规律带来困难，给故障分析带来困难，合理的方法是闭环实时跟踪。把闭环回路的各个量按标幺值实时跟踪比较，小差时报警，大差时告故障。,2023/6/27,29,继续分析：空载过压和V/Hz限制不起作用。因为在手动运行时全部保护退出，这也是不合理的，当然这是一种习惯方式，因为，考虑到手动运行时间不长，主要是用于试验，要简单可靠。从这个事例看，投入全部保护还是有用的，尤其对于自并励磁，由于没有备用励磁，FCR手动运行是一个很好的备励，在某些情况下需要长时间运行，必须投入全部保护。,2023/6/27,30,第
17、三阶段：跳灭磁开关时准备灭磁时烧毁灭磁开关，设备损坏。非线性灭磁电路原理：移能+灭磁，移能条件,灭磁开关DM4弧压2200V，不满足空载误强励情况下的开断要求，按要求：开关弧压整流柜最大输出电压（415*2*1.35=1120）+灭磁残压（1200）+裕度（200-300）要求开关弧压至少2500V，可以选择DMX2-2300-2/0 弧压2800V，这样买来就可以换。,2023/6/27,31,建议采用线性灭磁,线性灭磁电路原理：先接通线性灭磁电阻，电流进入灭磁电阻后，再拉开灭磁开关。与非线性灭磁比较：对开关要求低一些。为了保证灭磁的可靠性，建议采用三断口灭磁开关和线性电阻灭磁，或采用二断口
18、灭磁开关，由可控硅作为常闭接点，在灭磁开关断开前，接入线性灭磁电阻灭磁。非线性电阻灭磁速度虽较线性电阻略快，但对汽轮发电机差别不大，而线性电阻可靠性高，运行维护简单，优于非线性电阻。DLT650大型汽轮发电机自并励静止励磁系统技术条件：灭磁一般采用线性电阻灭磁，灭磁电阻为热态磁场电阻的2-3倍。汽轮发电机转子表面除阻尼条外转子本体有很强的阻尼作用DLT583大中型水轮发电机静止整流励磁系统及装置技术条件：推荐采用非线性灭磁。水轮发电机：气隙大，阻尼小,2023/6/27,32,案例分析总结,最终处理：更换设备，重设参数，改软件总结1、励磁电流采样值偏低的情况下，按动了电压闭环和电流闭环的切换，
19、导致了机端电压的上升到1.2倍，主变过激磁，定子电流上升到额定以上，调节器误判并网，并网最小励磁电流限制动作，导致空载误强励，灭磁开关开断电压不够又导致移能失败，全部能量加在开关和励磁系统线路上，现场烧毁严重，更可能使得发电机绝缘受到冲击，寿命下降。2、这是由于一个模拟量通道系数折算小的失误引起的大的故障，教训十分深刻。,2023/6/27,33,二、原理缺陷导致的事故,2023/6/27,34,1.调节器分2次写脉冲角度导致误强励事故,2023/6/27,35,某电厂励磁系统，安全运行将要破300天安全记录时，调节器发生死机，发生误强励，导致转子绝缘破坏，发电机被迫停机检修2个月。事后真正的
20、原因在于原来调节器写脉冲角度是分成2个8为字节来写的，,前一次写入0100，后一次调节后应该是00FF，在写入高位00后死机，导致实际的脉冲触发角按照0000触发，相当于可控硅角度为0度，直接导致输出达到顶值。,2023/6/27,36,励磁系统采用双励磁调节装置+双可控硅整流桥配置，运行时，A励磁调节装置触发A可控硅整流桥，B励磁调节装置触发B可控硅整流桥，两个通道并列运行，完全独立。励磁调节装置运行时，调节装置不断向脉冲发生装置内写入脉冲触发角度，事故时A套励磁调节装置可能受到某种干扰，程序运行死机，在程序死机时，向脉冲发生装置发出一个很小角度或者触发角度为0，由于程序已死机，不再向脉冲发
21、生装置写入触发角度，因此脉冲发生装置保存的触发角度一直是程序死机前写入的很小的角度，所以A可控硅整流桥，一直处于全开放状态，输出电流至最大值（250A），发电机电压持续上升，B套调节装置按照电压闭环计算，随着电压上升，其输出触发角度不断增大，B可控硅整流桥输出电流逐渐降低至0。,2023/6/27,37,事故处理及反措更换A套励磁调节装置主CPU板，重新启机，发电机及励磁系统均运行正常。励磁调节器进行功能完善，当励磁调节装置程序死机时，其硬件WatchDog必定动作，由硬件WatchDog发出故障信号至脉冲发生装置，闭锁触发脉冲发出，并切换至备用通道运行。,2023/6/27,38,2.1台机
22、误强励导致2台机的跳机,2023/6/27,39,2台机主接线图,2023/6/27,40,某电厂1#机因调节器发生误强励，将母线电压抬高到1.3倍，2#发生低励磁，限制不住后跳机，1#过负荷保护动作也跳机。类似事故总共发生2次，相同地区的另一采用同类型调节器的电厂也发生过2次。原因分析：同一母线运行的一台机组误强励必然造成另一台机组在高机端电压（大于110%额定）下的大量进相，低励保护存在缺陷，当低励发生后，不是闭环升励磁，而是以开环的方式增加参考电压，响应速度慢，要达到原有无功状态至少需要10秒。即：励磁调节器判断无功功率与低励限制定值进行比较，当无功功率小于于过励限制定值时，则将电压参考
23、值降低一定的幅度，经过电压闭环计算，无功功率升高一些，如此循环计算，直至无功功率大于低励限制定值。,2023/6/27,41,造成误强励的原因很多：比如量测PT信号采集突然故障、调节计算出错、调节器发脉冲出错、同步相位出错等等，因此要防止误强励首先要从这些原因来分析。,2023/6/27,42,励磁调节装置首先配置以下功能来防止误强励的发生：1）PT异常：即励磁PT比较仪表PT突然下降或突然上升时，判断PT异常（有别于PT断线）2）PT测频异常，3）PT相位异常，4）三相同步异常：正常时实测3相同步因该是对称的，当不对称时，比如当角度正常为互差120度，当上下偏差10度，可以判定同步故障。5）
24、当脉冲发出后，再把脉冲回读进来，如角度偏差过大，1路脉冲故障时报警，2路或以上立即封脉冲并退出。6）用交流采样励磁机定子三相PT代替转子电压、CT代替转子电流，消除直流变送器受环境影响较大的隐患，当励磁机PT、CT不对称时进行容错和保护，提请检修7）双机切换：可以采用系统跟踪。励磁调节装置设计低励磁闭环控制，原理是将低励限制定值与无功功率的偏差，经PID运算放大后加入电压控制主环。加快低励限制动作时无功功率调节速度。,事故处理及反措：更换调节器,2023/6/27,43,三、安装不当导致的事故,2023/6/27,44,1.CT极性接错造成并网后就低励动作，越增输出负的无功越多，而实际发电机发
25、生过激磁，定子电流急剧上升，保护跳灭磁开关，发电机解列。,2023/6/27,45,2.发电机PT高压保险松动导致判断PT断线,2023/6/27,46,3.发电机机端PT精度下降导致判断输出摆动要求PT精度0.2级,2023/6/27,47,四、器件失效导致的事故,2023/6/27,48,脉冲电源故障某电厂300MW机组正常运行中，发电机无功功率突然下降，励磁调节器报低励限制信号，之后发变组失磁保护动作，发电机跳闸解列事故发生后，对励磁调节器进行检查，小电流试验时，励磁调节器没有发出脉冲，可控硅无法触发，小电流试验没有整流波形出现，同时励磁调节器脉冲电源指示灯熄灭，但重新投电后，脉冲电源指
26、示灯又正常，继续小电流试验时，故障又重新，遂锁定故障点励磁调节器脉冲电源。将励磁调节器脉冲电源模块拆下进行检查，空载时A套和B套调节器脉冲电源输出电压均为24V，给脉冲电源带等值负载时，发出A套调节器脉冲电源输出为0，B套调节器脉冲电源正常，但按照励磁厂家设计方案，一套脉冲电源容量可以供应励磁整流柜运行，正常时，两套脉冲电源并联运行，一套脉冲电源损坏不影响励磁调节器的正常运行，为何本次A套脉冲电源故障会引起发电机失磁呢？更换A套励磁调节器脉冲电源发现，电源板接线与出厂配线表不同，经检查发现，接线与原有设计不符，导致脉冲电源不能并联运行,2023/6/27,49,五、日常试验遇到的问题,2023
27、/6/27,50,自并励磁系统小电流试验输出电压异常,交流电流100V，假负载2K欧姆。用示波器观察触发角度不同时的负载电阻两端电压波形，波形不正常，抖动。参考波形如下所示。可控硅导通原理：触发信号，正电压，最小维持电流,2023/6/27,51,不能正确使用示波器造成事故,示波器示波器的使用注意事项1、使用前判断示波器信号地同电源地E是否隔离，否则需要隔离电源变；2、双输入通道的信号地是否隔离，如果非隔离，只有在选好公共点后才能观察两个波形，否则容易造成短路；3、注意测量范围,2023/6/27,52,六、事故分析方法,2023/6/27,53,故障分析条件录波数据故障自动录波 任意故障触发
28、录波。工况异动录波 升压、逆变、切换、开关动作等工况异动自动触发录波。突变量自动录波人工启动录波,故障分析方法充分利用调节器录波记录：事件、故障录波充分利用故障录波器数据看运行记录向运行人员了解故障过程与励磁厂家共同分析不断总结经验,2023/6/27,54,七、事故预防,2023/6/27,55,1.重视使用励磁标准，重视主回路设备,重视过程管理监督,2023/6/27,56,2.在新机组和在役机组改造的励磁系统选型、调试过程中，必须执行同步电机励磁系统等国家标准及大型汽轮发电机自并励静止励磁系统技术条件等有关电力行业标准，以确保励磁系统能更好地满足安全运行的要求。,2023/6/27,57
29、,3.空载试验中：一定要投入过压保护，预防空载误强励,2023/6/27,58,4.进相试验中：运行工况的发电机，其低励限制的定值应在制造厂给定的容许值和保持发电机静稳定的范围内。,2023/6/27,59,5.认真效验各模拟量通道采样，保护功能验证：欠励限制、过励限制、过激磁限制、无功补偿、PSS、电压互感器断线保护等,2023/6/27,60,6.冗余配置，如调节器采用双通道，功率柜采用n-1方式(一组整流柜退出运行时励磁系统仍然具备强励能力)等，以提高励磁系统可靠性,2023/6/27,61,7.励磁调节器的自动通道发生故障时应及时修复并投入运行。不要在手动励磁调节(含按发电机或交流励磁机的磁场电流的闭环调节)下长期运行。,2023/6/27,62,8.对于启动过程中的发电机，当机组达到额定转速并且调速系统运行正常之前，绝对禁止对发电机进行励磁升压。对于额定转速下已经升压等待并网、已经解列准备停机或进行其他试验等情况下空载运行的发电机，如出现转速下降的情况，应立刻分断磁场开关强行灭磁。,2023/6/27,63,9.自并励磁系统运行中，应投入PSS功能，提高机组及电网的正阻尼,介绍完毕，谢谢大家！,
