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发电机转子电流突升原因分析

时间：2021-04-04

发电机转子电流突升原因分析

一、故障现象
　　某电厂机组跳闸，经检查为励磁变过流保护动作跳闸。检查励磁系统和故障录波器的波形图，DCS趋势图，认定由于人员调节不当，造成励磁系统过励'>过励报警，AVR转为FCR'>FCR" target="_blank" style="color:blue; text-decoration:underline;">FCR'>FCR方式运行，转子电压和转子电流'>转子电流调整到额定，约3.5分钟后，转子电压和转子电流'>转子电流均有大幅度突升，转子电压到600V，转子电流到6000A，1s后励磁变过流保护动作跳闸。励磁调节系统AVR上的信息如下：
　　1、首出94，励磁过励'>过励报警
　　2、104 ，切换到FCR" target="_blank" style="color:blue; text-decoration:underline;">FCR方式
　　3、约3.5分钟后报44，收到外部跳闸命令。
　　二、发电机励磁系统介绍
　　2.1励磁系统概述
　　机组容量为600MW，励磁系统为GE-EX2100自并励静止励磁系统，额定转子电压为421V，额定转子电流为4128A，EX2100是全数字励磁调节器，它的配置是由冗余的控制器连接到三个整流桥而组成。冗余的控制器为M1,M2和C，控制器M1被称为Master 1（主站1），控制器M2被称为Master2（主站2），而控制器C被称为Master Control Monitor（主站控制监视器），并由它决定是否应当进行主站的切换。由于M1或M2都可以是工作的Master（主站），而C是工作的Monitor（监控站），发电机电压和电流的测量信号都被连接到这三个控制其中的每一个。工作的（Active）主站（Master）承担整个励磁系统的控制工作。备用的（Stand by）主站在功能上与工作的主站是相同的，只是在备用方式下，它不对PCM（功率变换模块）发送任何触发命令。它的自动电压调节器（AVR）回路不停的跟踪发电机的端电压输出，而手动电压调节器（FVR）则跟踪发电机的励磁电压。这样做是为了保证从某一主站到另一主站的平稳切换。在工作主站和备用主站中，在它们的每一个自动调节器回路之间都提供了自动跟踪。
　　2.2励磁系统软件框图
　　AVR功能块保持发电机的机端电压。其整定值来自EXASP功能块，而反馈是发电机的端电压。AVR控制范围的限制一般是90%-110%的额定电压。
　　2.3 EX2100 过励限制OEL介绍
　　保护发电机励磁绕组，避免不正常大励磁电流的事故，这种大电流，超过某一延续的时间，能使励磁绕组过热，并造成损伤。发电机磁场绕组都是按ANSI标准C50.13而设计的，它规定了作为某一时间函数的过电压，而它的励磁绕组就是按此进行设计的。该标准采用曲线来说明，是一种时间和电流的函数的反时限来反映励磁绕组的过热，OEL直接与励磁起励命令接口，因此，不论是在自动调节器模式或是在手动调节模式，它都能保护发电机励磁绕组不受损伤。该功能在正常运行状态下并不工作。该功能使励磁装置能够响应，时间大约为一秒，没有电流限制的，任何发电机的故障状态。在此时间以后，一个二段式电流限制器就被激活。第一段通常限制励磁电流为某一高值。加于励磁绕组的热负荷，采用励磁绕组的已知的热时间常数进行积分，直到达到励磁绕组的限制值。此时，OEL切换到较低的限制值，当事故过去以后，积分器按照励磁绕组的冷却时间常数放出热量。它比加热时间常数要比较慢。
　　三、设备检查经过
　　1、一次设备检查：励磁变高压侧绝缘和直阻测量正常。
　　2、励磁系统检查：⑴调节器告警信号：首出94励磁过流反时限保护报警、104切至励磁电流调节，约3分钟后报44收到外部跳闸命令。
　　⑵可控硅检查正常；励磁系统检查未发现异常；
　　3、保护检查：检查发变组保护A1柜励磁变过流保护，定值整定无误，采样精度满足要求，保护动作值无误。
　　四、事故原因分析
　　1、运行调整存在问题：运行人员手动调整涨无功负荷，发电机转子电流已经超过了额定值，在发电机发出过励限制报警后，应及时降低发电机励磁电流，使励磁系统处于正常运行状态，励磁系统不能长期在过励状态下运行。
　　2、转子电流升高，当励磁变电流达到保护定值，励磁变过电流保护动作，发电机掉闸。
　　五、跳闸前转子电流、转子电压突升原因分析
　　过励限制动作后。经过一定延时，没有及时降低转子电流、励磁系统转为FCR" target="_blank" style="color:blue; text-decoration:underline;">FCR转子电流控制、追踪转子电流额定值、这时限制器还在报警、应当减磁、经过一段时间延时和转子磁场温度的计算，FCR自动释放转为AVR状态，由于没有调整，励磁系统AVR追踪机端电压设定的高值，转子电流、转子电压高升、励磁变过电流保护动作、机组跳闸。下面为厂家解释：a，在正常的运行中，由于不断增磁，EX2100 AVR的设定点被提高到一个不正常的高位（大约到了1.09PU机端电压值。它导致转子电流超出了在线过励限制点，引发FCR动作，此时发励磁过流反时限报警94，根据EX2100的设计，FCR将发电机的转子电流降到1.25PU，然后再将电流降到转子额定电流4128A，这是根据IEEE标准C50.13的过励限制的典型设计。b，过励限制动作后，维持转子额定电流4128A，经过转子过热负荷模型计算，等磁场冷却下来，FCR自动释放，控制切换回到EX2100AVR 的设定点，由于没有减磁，AVR设定点依然在一个不正常的高点，AVR追踪高点，转子电流，转子电压升高，引起励磁变过流保护动作，机组跳闸。