高永峰 张权 韩青云 江连囯

摘要：在水力、火力发电厂中，发电机端电气设备故是具有较高障率的，具体的故障情况有发电机PT故障、发电机PT一次保险故障、发电机CT二次回路开路、励磁变故障、励磁变高压侧三相短路、主变低压侧封闭不严进水、封闭母线封闭不严进水等。上述故障中，最常见的会导致发电机定子接地故障，最严重的是励磁变高压侧发生三相短路，将导致发电机设备损坏。本文以北方公司下属某电厂#6机660MW超临界燃煤发电机组发电机跳机事故为例，对发电机端出现的故障进行分析;对故障发现后所进行故障处理，进行相关参数试验;对日常检修工作中暴露的安全生产管理、人员管理等问题进行分析;对暴露的问题从岗位责任、人员管理、事故缺陷问题剖析、工作制度等几个方面进行整改;对发电机端进行保护配置，监测发电机运转情况，发现问题解决问题，减少经济损失。

关键词：电气设备  励磁变压器  故障  设备损坏

Analysis of Fault Analysis and Protection Configuration of Excitation Transformer in Power Plant

GAO Yonggfeng1  ZHANG Quan1  HAN Qingyun2  JIANG Lianguo2

（1.Inner Mongolia Shangdu Power Generation Co.， Ltd.， Xilinhot， Inner Mongolia Autonomous Region， 027200 China; 2.Xilin Gol Thermal Power Co.， Ltd.， Xilinhot， Inner Mongolia Autonomous Region， 026000 China）

Abstract： In hydraulic and thermal power plants， generator terminal electrical equipment is with high disability rate. The specific fault conditions include generator PT fault， generator PT primary insurance fault， generator CT secondary circuit open circuit， excitation transformer fault， three-phase short circuit at the high-voltage side of excitation transformer， lax water inlet at the low-voltage side of main transformer， lax water inlet at the enclosed bus， etc. Among the above-mentioned faults， the most common one will cause a generator stator ground fault， and the most serious one is a three-phase short circuit on the high voltage side of the excitation transformer， which will cause damage to the generator equipment. In this paper， the generator jump accident of unit 6 660MW supercritical coal-fired generator set in a subordinate power plant of North Company is taken as an example to analyze the failure of generator end. Conduct relevant parameter test for fault treatment after fault discovery; Analyze the safety production management， personnel management and other problems exposed in the daily maintenance work; Rectify the exposed problems from the aspects of post responsibility， personnel management， accident defect analysis， work system， etc; Protect the generator terminal， monitor the operation of the generator， find problems， solve problems and reduce economic losses.

Key Words： Electrical equipment; Excitation transformer; Failure; Equipment damage

1  勵磁变压器概述

随着科技进步，我国工业化进程的快速提高，对电力资源的需求量越来越大，至此电厂的大容量机组的需求也迫在眉睫。发电机励磁系统作为发电厂的一个起机的重要部分，发电机的励磁方式已由原有的交流励磁机励磁方式转变为静止自励励磁方式，励磁变压器作为静止自励励磁系统的关键部件，励磁变备受供应商和电厂运行检修部门的重视。因为励磁变一旦出现故障，会导致发电机停机，并且要进行长时间故障抢修及事故分析，有时甚至还会造成设备损坏等一系列问题，直接影响到电厂的正常运营产能，也影响到用电企业的正常生产^[1]。目前，电厂中的励磁系统中的励磁变压器的绝缘方式主要有树脂浇筑干式、无碱玻璃缠绕干式变压、MORA型干式变压器、NOMEX型干式变压器、新型合成脂油浸变压器5种绝缘方式。励磁变压器可以稳定电力系统正常运行，抑制或者消除电力系统受到干扰时稳定同步电机转速，保证同步电机运行稳定;可以保持发电机在增负荷或者甩负荷的过程中保持发电机端电压稳定，进而保证供电质量;可以使发电机功率极限和电力系统传输功率得到提高;可以减缓系统发生短路故障时，通过励磁调节使得短路电流衰减缓慢，进而提高保护装置动作的可靠性;可以平衡并网运行时各台发电机之间的无功功率，通过使用励磁变压器合理分担系统所需无功。通过上述种种作用，可以看出励磁变压器作为励磁系统的重要部件，对发电机的安全运行、设备保护、节约能源有着重要作用^[2]。

2 案例分析设备简况

电厂#6机组为660MW 超临界燃煤发电机组，配置哈尔滨锅炉厂有限责任公司设计、制造的HG-2141/25.4-HM15 型超临界变压运行直流锅炉，锅炉形式为一次再热、单炉膛、四墙切圆燃烧方式、尾部双烟道结构、采用烟气挡板调节再热汽温、固态排渣、平衡通风、全钢构架、密闭布置、全悬吊结构Π型炉。汽轮机为东方汽轮机厂引进日本日立公司的技术设计和制造的，型号为NZK660-24.2/566/566，型式为超临界、一次中间再热、单轴、三缸四排汽、直接空冷凝汽式汽轮机。发电机是东方电机股份有限公司引进日本日立公司（HITACHI）技术制造的QFSN-660-2-22型，发电机为汽轮机直接拖动的隐极式、二极、三相同步发电机，采用水氢氢冷却方式、定子绕组采用水内冷方式、转子绕组和定子铁芯用氢内冷方式。

3  事故分析

3.1  事故前工况

2021年07月31日04：39 #6机组负荷335MW，#1、3、4、5、7制粉系统运行，#1凝泵变频运行，#1、2给水泵运行，#1、2引、送、一次风机运行。

3.2  事件经过

2021年7月31日04：40：03发变组跳闸，汽轮机跳闸，锅炉灭火。发变组跳闸首出为“发电机电子接地保护”动作，汽轮机跳闸首出为“发变组保护动作”，锅炉灭火首出为“汽轮机跳闸”。就地检查发现励磁变高压侧与CT软连线线鼻子压接头烧断。

3.3  原因分析

现场检查情况：事件发生后就地检查发现励磁变高压侧与CT软连线线鼻子压接头烧断，检查放电处无杂物掉落的残迹。经做励磁变高压侧CT及励磁变本体试验无异常，检查A、B两项同一位置，发现A、B相此处线鼻子接线未压紧，具体见图1所示，从而判断C相此处烧断也是由于线鼻子未压紧，接线松动过热烧损拉弧放电，具体见图2所示。

3.4  故障曲线分析情况

2021年07月31日04时40分01秒957，机组故录显示发电机机端电压U_a=84.556V，U_b=92.209V，U_c=12.686V，发电机出口零序电压由0V突变至93.476V，发电机中性点零序电压由0V突变至121V，中性点电流由0A突变至1.173A，C相机端电压降低，此时发生C相接地短路。04时40分02秒982，发变组保护A套和B套均报定子接地保护动作，机组解列，04时40分03秒024，10KV厂用电切换成功。具体励磁变差动保护定值见表1所示，具体RCS-985B励磁后备保护定值见表2所示。

4.1  励磁变高压侧C相CT试验

（1）绝缘电阻：>100G?合格。

（2）交流耐压：试验电压59kV，耐压1min，试验合格。

（3）变比及伏安特性试验：电流互感器铭牌变比300/5，实测4组变比分别为300/5.02、300/5.01、300/5.01、300/5.01;保护级两组线圈伏安特性曲线平滑，拐点电压、拐点电流分别为91.312Urms、0.0889Arms，91.079Urms、0.0894Arms，试验合格。

4.2  励磁变试验

（1）励磁变高低压侧绝缘。高压侧100GΩ，低压侧100MΩ，试验合格。

（2）励磁变高低压侧直阻。高压侧：AB为388.6m?;BC为388.5m?;AC为388.4m?;低压侧：ab为0.3615m?;bc为0.3610m?;ac为0.3593m?;试验合格。

总结：在04时40分01秒957时，励磁变高压侧C相与CT软连线线鼻子压接头烧断，拉弧引发接地故障，致使发变组定子接地保护动作。

5  暴露问题及防护措施

具体暴露问题如下。

（1）安全生产责任制落实不到位。对设备的管理不深不细。对全厂励磁变CT类似的接头接线存在的风险认识不足。在历次检修中没有认真检查，设备责任人没有尽到职责。

（2）生产管理基础不扎实，技术监督管理存在漏洞，对电缆接线鼻子的压接工艺重要性认识不足，在历年的机组检修中未组织人员对电缆接线鼻子的压接情况开展全面的技术监督检查。

（3）隐患排查工作不到位，对高压电缆接头存在的隐患排查管理不细，未能及时发现#6机组励磁变CT软连接线存在的线鼻子压接工艺不合格隐患。

（4）检修管理不到位，机组状态检修工作开展不细，流于形式，工作不严谨，对电缆接头测温工作抓得不实，相关档案及测温记录不全面。具体防范措施如下。

第一，加强责任制落实，严格各级生产管理人员职责，提高“设备治理提升年”的管理水平。

第二，生產管理部、检修部电气检修队加强管理，认真落实人员责任，做好技术监督工作和反事故技术措施。

第三，将#6机组励磁变CT软连接线更换为新型无接头铜排连接。同时要举一反三开展设备隐患排查治理工作，利用机组检修机会，对全厂高压电缆接头进行逐项排查，发现设备隐患要及时处理、彻底消除，避免类似不安全事件再次发生。

第四，加强检修管理，完善状态检修工作。电气专业增加电缆接头检查项目，分别对#1-6机组高压电缆接头建立档案。做好定期巡检测温工作，完善测温记录。其他各专业以此为鉴，严细风险隐患排查，完善机组检修策划和状态检修工作^[3]。

6  保护配置

为了切实保护励磁变压器尤其是发电机，要充分重视励磁变压器保护的投用及定值的整定。當前北方公司下属某电厂委托北京中恒博瑞数字电力科技有限公司计算保护定值正在实施中，北方公司下属某电厂应与之沟通，按照华能集团生产部的意见，投入励磁变的快速保护（差动、电流速断）^[4]，励磁变保护及定值参考原则如下。

（1）当励磁变压器保护装置分别设有差动（含差动速断）、速断、过流、过负荷保护时，上述保护均应整定投入。

（2）尽可能采用励磁变压器差动保护作为主保护，应适当提高差动启动电流值，按（0.6～0.8）In整定为宜，建议按0.8In整定，以防止误动;差动速断保护动作电流值，按（8～10）In整定为宜，建议按8In整定;出口方式：全停、启动失灵、切换厂用电。

（3）采用励磁变压器速断保护作为主保护，动作电流I_op.I按最大运行方式下躲过励磁变低压侧三相短路条件整定，动作时限取t_op.I=0s;出口方式：“全停、启动失灵、切换厂用电”。

（4）采用励磁变压器过流保护作为后备保护，动作电流I_op.II按躲过发电机强励条件整定，灵敏度按发电机未并列时励磁变低压侧两相短路计算，灵敏系数K_sen≥1.5;其动作时限与差动、速断保护动作时限0s配合，取t_op.II=0.5s;出口方式：全停、启动失灵、切换厂用电。

（5）励磁变过负荷保护，动作电流I_op按励磁变额定电流下可靠返回条件整定，动作时限按躲强励时间10s整定，取t_op=10+1=11s;出口方式：发信^[5-6]。

7  结语

设备中，励磁变是最薄弱点，励磁变由于工作电压高、功率大、发热严重，导致励磁变本身故障率较高。励磁变一旦发生绝缘故障，对励磁变采用三相一体的30万机组，励磁变故障容易发展成发电机相间短路的严重故障，造成严重设备损失。60万及以上机组虽然采用单相励磁变组接线方式，但励磁变故障仍然存在较大的安全风险。

参考文献

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2. 翁振宇.某660MW汽轮发电机组振动问题分析及处理[J].汽轮机技术，2021，63（4）：309-310，276.
3. 蒋航，刘进，熊俊，等.基于线路二次设备实时信息的保护定值风险评估研究[J].电力系统保护与控制，2020，48（4）：97-103.
4. 牛化敏，桂林，孙宇光，等.基于多回路理论的交流励磁电机定子绕组内部故障仿真与实验研究[J].中国电机工程学报，2019，39（12）：3676-3685.
5. 李旭升.大型发电机故障仿真及保护测试技术研究[D].武汉：华中科技大学，2019.
6. 关亚东，许磊，李中伟，等.继电保护定值在线发放管理系统及其安全防护[J].电测与仪表，2018，55（23）：7-14，21.