励磁系统事故典型案例分析

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 PT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。
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，偏差控制加大，调节
Fra Baidu bibliotek
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
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❖ 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。
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无差调节和有差调节
❖ 励磁系统手动控制模型中KPID（S）
KPID(s)
K
p
1
1 (TI s)
TD
s
KPID
(S
)
K
P
1 T1s (S)1 T2s
1 1
T3s T4 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。
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❖ 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%。
励磁系统自动动控制模型
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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
1.1
1.05
1
0.95
0.9
P.U.
0.85
机端电压
给定值 0.8
0.75
0.7
0.65
0.6
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10
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t(s)
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❖ 第二阶段事故分析：
电压从90%上升到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1060度之间振荡。
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。
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？
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❖ 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
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5.励磁电流的采样值偏低引发的事故
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，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。
❖ 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
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❖ 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 减磁操作改变。
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❖ 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。
❖ 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。
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❖ 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。
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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：
副励磁机参数：
额定功率
1058kW 额定功率 40.25kW
额定电压
415V 额定电压 161V
额定电流
1600A 额定电流 165A
❖ 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。
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❖ 励磁电流采样偏小为何会造成发电机电压持续上 升？ 因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
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，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。
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❖ 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。
❖ 损失：设备100余万，停机20多天，。
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现场录波图
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录波图分析 ❖ 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？
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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20何20/3/？30
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❖ 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。
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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。
额定频率
100HZ 额定频率 500HZ
额定励磁电压 48.9V
额定励磁电流 148.9A
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。
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❖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。
励磁系统故障分析
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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
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一、人为小失误酿成大事故
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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
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❖ 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
❖ 我们建议额定励磁电压小于300V的 情况采用
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❖ 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；
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？
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❖ 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 易受干扰，测量精度低；要有外电源。
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❖ 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。
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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；
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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，作用于发电机解列跳闸。