邱建 辜永清 張生棚
摘 要:針對(duì)近期金安橋水電站一起發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)逆變失敗事故,文章介紹了勵(lì)磁系統(tǒng)逆變滅磁原理及其控制,分析了逆變失敗的主要原因,提出了解決方案,對(duì)其他電廠避免發(fā)生類似事件具有借鑒意義。
關(guān)鍵詞:勵(lì)磁系統(tǒng);滅磁;逆變失敗
中圖分類號(hào):TM622
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
金安橋水電站位于云南省麗江市,金沙江中段,裝機(jī)容量為4×600MW,發(fā)電機(jī)勵(lì)磁方式為機(jī)端自并勵(lì),靜止可控硅整流方式。勵(lì)磁系統(tǒng)采用東方電機(jī)控制設(shè)備有限公司生產(chǎn)的GES6630勵(lì)磁系統(tǒng)。勵(lì)磁系統(tǒng)一般由勵(lì)磁變壓器、勵(lì)磁調(diào)節(jié)柜、勵(lì)磁整流柜、滅磁及過電壓保護(hù)柜組成。
發(fā)電機(jī)滅磁是勵(lì)磁系統(tǒng)的一項(xiàng)重要功能,是指將發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)能量通過某種形式快速消耗掉,從而使發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓消失的過程。滅磁可分為兩大類:正常停機(jī)滅磁和事故停機(jī)滅磁。
發(fā)電機(jī)正常停機(jī)時(shí)一般采用逆變滅磁,利用三相全控橋的逆變工作狀態(tài),控制角大于90°,此時(shí)勵(lì)磁電源極性改變,以反電勢(shì)加于勵(lì)磁繞組,使勵(lì)磁電流快速衰減到零。當(dāng)發(fā)電機(jī)內(nèi)部或電力系統(tǒng)發(fā)生諸如短路及接地等事故時(shí),勵(lì)磁系統(tǒng)收到事故跳閘命令,通過磁場(chǎng)斷路器切斷勵(lì)磁電流,并通過磁場(chǎng)斷路器常閉觸頭、可控硅跨接器等方式將滅磁電阻接入磁場(chǎng)回路,并將蓄藏在磁場(chǎng)繞組中的磁場(chǎng)能量快速消耗,避免事故擴(kuò)大,其滅磁原理如圖1所示。
2018年1月27日金安橋水電站進(jìn)行#3機(jī)組甩300MW負(fù)荷試驗(yàn),試驗(yàn)過程中出現(xiàn)以下問題:①機(jī)械過速造成緊急事故停機(jī);②緊急事故停機(jī)流程啟動(dòng),監(jiān)控開出勵(lì)磁切除令至3號(hào)機(jī)組勵(lì)磁,勵(lì)磁系統(tǒng)在逆變過程中報(bào)出逆變失敗信號(hào),隨后跳磁場(chǎng)開關(guān)進(jìn)行滅磁,具體過程如下:
(1)3號(hào)機(jī)組帶300MW負(fù)荷并網(wǎng)運(yùn)行;
(3)2018-01-27 21:41 :50 #3機(jī)組斷路器分閘操作成功;
(3)2018-01-27 21:41:55 轉(zhuǎn)速>115%Ne導(dǎo)葉空載以上且主配拒動(dòng),3號(hào)機(jī)組緊急事故停機(jī)操作;
(4)2018-01-27 21:41:52 #3號(hào)機(jī)組緊急事故停機(jī)操作成功;
(5)2018-01-27 21:41:55 #3機(jī)組開出勵(lì)磁切除令;
(6)2018-01-27 21:42:02 3號(hào)機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)報(bào)出逆變失敗信號(hào),跳磁場(chǎng)開關(guān)滅磁。
1.逆變失敗判斷邏輯
勵(lì)磁調(diào)節(jié)器接收到遠(yuǎn)方開入或人機(jī)界面“勵(lì)磁切除令”后,進(jìn)入逆變滅磁流程,將可控硅觸發(fā)角設(shè)定到逆變角(140°),同時(shí)監(jiān)測(cè)機(jī)端電壓。在500個(gè)程序循環(huán)周期內(nèi)(11.5秒)機(jī)端電壓沒有降至0.05pu(5%)以下,就判斷為逆變失敗并向監(jiān)控開出“逆變失敗”信號(hào),如圖2所示。
2.人機(jī)界面錄波分析
事故后,首先調(diào)取了勵(lì)磁系統(tǒng)人機(jī)界面故障錄波裝置錄取的波形,如圖3所示。
從圖3可以看出,當(dāng)勵(lì)磁系統(tǒng)收到勵(lì)磁切除令后,立刻將可控硅觸發(fā)角設(shè)定為140°,勵(lì)磁電流迅速衰減,機(jī)端電壓隨之降低。由此可見,事故時(shí)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器、整流橋動(dòng)作正確,沒有出現(xiàn)調(diào)節(jié)器失控或逆變顛覆的現(xiàn)象。從圖3也可看出,機(jī)端電壓在下降到一個(gè)門檻值后相較于勵(lì)磁電流下降得非常緩慢。正是由于機(jī)端電壓的緩慢下降,導(dǎo)致勵(lì)磁系統(tǒng)檢測(cè)到的機(jī)端電壓滿足逆變失敗的邏輯判斷條件。
3.PMU數(shù)據(jù)分析
排除了勵(lì)磁系統(tǒng)本身故障之后,現(xiàn)場(chǎng)又調(diào)取了PMU保存的數(shù)據(jù),試圖找到機(jī)端電壓緩慢下降的原因,如上表所示。
由上表可以看出,從21:41:55接收到“勵(lì)磁切除令”后,勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)入逆變滅磁流程,勵(lì)磁電壓(逆變過程中應(yīng)為負(fù)值,PMU顯示為0)、勵(lì)磁電流逐步降低,5s后,勵(lì)磁電流迅速降至3%以下,此時(shí)機(jī)端電壓降至13%,機(jī)組轉(zhuǎn)速為0;10s后,勵(lì)磁電流降至1.5%左右,此時(shí)機(jī)端電壓降至8.5%,機(jī)組轉(zhuǎn)速為109;11.5s后,即21:42:07時(shí),勵(lì)磁電流降至1%左右,此時(shí)機(jī)端電壓為7.2%,機(jī)組轉(zhuǎn)速為106;由于機(jī)端電壓未降至5%以下,勵(lì)磁系統(tǒng)判定“逆變失敗”。
將發(fā)電機(jī)簡化為一個(gè)有效長度為l的導(dǎo)體在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)中以速度v運(yùn)動(dòng),則其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì):e=Blv,由此可知,導(dǎo)致機(jī)端電壓下降變得緩慢的原因是機(jī)組轉(zhuǎn)速的升高。
金安橋甩負(fù)荷試驗(yàn)過程中,由于主配壓閥拒動(dòng)進(jìn)入緊急事故停機(jī)流程,勵(lì)磁系統(tǒng)逆變滅磁過程正確,勵(lì)磁電流迅速降低至接近0。由于主配壓閥拒動(dòng),甩負(fù)荷機(jī)組轉(zhuǎn)速升高后調(diào)速器無法對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié),從而導(dǎo)致機(jī)端電壓沒有在11.5s以內(nèi)降至5%以下,而勵(lì)磁系統(tǒng)中沒有考慮機(jī)組轉(zhuǎn)速升高的因素,導(dǎo)致“逆變失敗”報(bào)出。
考慮到機(jī)組轉(zhuǎn)速對(duì)機(jī)端電壓的影響,在逆變失敗邏輯判斷中引入機(jī)端電壓和機(jī)組頻率(轉(zhuǎn)速)的比值,如圖4所示。
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