汪軍元

(華東桐柏抽水蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江天臺317200)

1 問題提出

2011年1月25 日，某抽水蓄能電廠做定期1號機(jī)拖2號機(jī)背靠背試驗時，在拖動機(jī)(2號機(jī))、被拖動機(jī)(1號機(jī))勵磁電流開放1s內(nèi)，1號機(jī)“勵磁轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)動作”事故停機(jī)，上位機(jī)顯示1號機(jī)轉(zhuǎn)子電壓最大值約為140V，遠(yuǎn)沒有達(dá)到轉(zhuǎn)子過電壓動作值(1500V)。保護(hù)動作原因不明。

2011年3月8 日，3號機(jī)C修復(fù)役試驗時，4號機(jī)拖3號機(jī)時，也出現(xiàn)“轉(zhuǎn)子過電壓”保護(hù)動作事故停機(jī)，和上次不同的是本次從勵磁運(yùn)行到保護(hù)動作，隔了30s，因滑環(huán)處有人監(jiān)視，監(jiān)視到3號機(jī)在開始拖動時曾反轉(zhuǎn)。

2010年1月3 日和5月25日，某抽水蓄能電廠在3號機(jī)拖4號機(jī)背靠背試驗時，被拖動機(jī)4號機(jī)均“低頻過流保護(hù)”動作，從而事故停機(jī)拖動不成功。原因一直未明。

其它電廠也出現(xiàn)過相類似情況，原因不明。

2 原因分析

機(jī)組背靠背啟動時電氣回路圖見圖1。

2.1 被拖動機(jī)“轉(zhuǎn)子過電壓”動作原因分析

被拖動機(jī)“轉(zhuǎn)子過電壓”動作，因為多次發(fā)生，說明誤發(fā)的可能性不大；且都發(fā)生在背靠背啟動時的被拖動機(jī)身上，說明和背靠背啟動及被拖動機(jī)有關(guān)。

機(jī)組轉(zhuǎn)子電壓過高，原因可能在勵磁系統(tǒng)身上，比如勵磁變二次側(cè)交流電壓太高，某種干擾致使勵磁調(diào)節(jié)器發(fā)出的脈沖角度不準(zhǔn)使整流橋輸出偏大，或者可控硅性能不好，突然導(dǎo)通和開斷時，di/dt大，而產(chǎn)生過電壓；或是其它某個不為我們所知的地方的突變也可能產(chǎn)生過電壓。這種可能性總是存在的，但是如果是這種原因造成轉(zhuǎn)子過電壓，在發(fā)電開機(jī)、發(fā)電運(yùn)行、抽水運(yùn)行、背靠背時的拖動機(jī)也會出現(xiàn)，非背靠背時的被拖動機(jī)才會出現(xiàn)?；蛟S該廠出現(xiàn)的兩次是“恰巧”在背靠背時的被拖動機(jī)，因為只有兩次，這種“恰巧”也說得過去。不過，上述原因(突變除外)產(chǎn)生的過電壓數(shù)值在監(jiān)控上應(yīng)觀察得到，這和事實不符。

圖1 機(jī)組背靠背啟動時電氣回路圖

本人認(rèn)為，問題可能出在轉(zhuǎn)子身上，準(zhǔn)確的說，是背靠背時被拖動機(jī)的轉(zhuǎn)子身上，其實轉(zhuǎn)子本身并沒有問題，而是和這個工況有關(guān)。2011年3月8日，4號機(jī)拖3號機(jī)時，3號機(jī)在開始拖動時曾出現(xiàn)過反轉(zhuǎn)，這使我們想到拖動機(jī)和被拖動機(jī)轉(zhuǎn)速差還是很大的，可能有5%(機(jī)械保護(hù)中雖有“被拖動機(jī)1%轉(zhuǎn)速超時”和“拖動機(jī)與被拖動機(jī)轉(zhuǎn)速相差2%”而事故停機(jī)，但前者有6s延時，后者有2s延時，這6s和2s拖動機(jī)轉(zhuǎn)速有可能上升到一個較高數(shù)值，這里取5%)，為了便于分析，我們假定這時拖動機(jī)有5%的額定轉(zhuǎn)速，而被拖動機(jī)轉(zhuǎn)速為0。100%轉(zhuǎn)速在定子上對應(yīng)100%的額定電壓(18kV),那么5%的額定轉(zhuǎn)速對應(yīng)5%的額定電壓(900V)，拖動機(jī)定子上900V電壓傳到被拖動機(jī)上也是900V，由于被拖動機(jī)靜止(若是不是靜止，有轉(zhuǎn)速差效果也一樣)，這時被除拖動機(jī)定子、轉(zhuǎn)子相當(dāng)于一個變壓器，轉(zhuǎn)子上將會感應(yīng)出交流電壓。同于定子匝數(shù)少而轉(zhuǎn)子匝數(shù)多，還是個升壓變壓器，所以感應(yīng)的電壓有可能達(dá)1000V以上。感應(yīng)到轉(zhuǎn)子上的交流電壓疊加上勵磁直流電壓，很有可能讓直接接在勵磁回路上轉(zhuǎn)子過電壓繼電器動作(動作值1500V)。而監(jiān)控上之所以觀察不到轉(zhuǎn)子電壓增大，是因為:轉(zhuǎn)子電壓經(jīng)過轉(zhuǎn)子電壓變送器，送到勵磁調(diào)節(jié)器，勵磁調(diào)節(jié)器的I/O模塊輸出到監(jiān)控系統(tǒng)，由于轉(zhuǎn)子電壓變送器是直流電壓變送器，不能反映交流電壓分量，所以監(jiān)控上看不到轉(zhuǎn)子電壓升高。轉(zhuǎn)子過電壓繼電器會動作，是因為過電壓繼電器直接接在勵磁回路，不經(jīng)過電壓變送器。這和事實相符。

由于背靠背時，各臺機(jī)性能不一樣，被拖動機(jī)出現(xiàn)反轉(zhuǎn)也是隨機(jī)的，所以背靠背轉(zhuǎn)速差不一，因此背靠背啟動時被拖動機(jī)“轉(zhuǎn)子過電壓”動作也有不確定性，這也是為什么該廠運(yùn)行四、五年來背靠背啟動時被拖動機(jī)“轉(zhuǎn)子過電壓”最近才動作原因之一。說是“之一”，可能還有其它原因。

2.2 被拖動機(jī)“低頻過流”動作原因分析

機(jī)組低頻過電流保護(hù)(51GL-B)保護(hù)在機(jī)組電動工況起動過程中作為發(fā)電/電動機(jī)、起動母線相間短路故障的保護(hù)。在機(jī)組電動啟動轉(zhuǎn)速較低時，機(jī)組差動等保護(hù)不能可靠動作，故專門設(shè)置了該保護(hù)。低頻過流保護(hù)在機(jī)組開關(guān)合上后退出運(yùn)行?？紤]到保護(hù)處理的特殊要求，此保護(hù)采用了單獨(dú)的保護(hù)裝置，動作后直接出口。3號機(jī)拖4號機(jī)“低頻過流”動作，原因可能有兩方面:

(1)3號、4號機(jī)之間的電氣軸包括3號機(jī)定子、3號機(jī)拖動刀、啟動母線、4號機(jī)被拖動刀存在短路或接地，在2010年1月3日和5月25日兩次“低頻過流”動作時，均測過3號機(jī)定子、3號機(jī)拖動刀、啟動母線、4號機(jī)被拖動刀的絕緣電阻，結(jié)果合格，所以排除了這種可能性。

(2)作為電源的拖動機(jī)(3號機(jī))的電壓與作為負(fù)荷的被拖動機(jī)(4號機(jī))的電壓差太大。在排除了原因1的情況下，原因2可能性很大。造成拖動機(jī)(3號機(jī))與被拖動機(jī)(4號機(jī))電壓差大，又可能有下列幾個原因:

1)拖動時，拖動機(jī)(3號機(jī))勵磁電流大，被拖動機(jī)(4號機(jī))勵磁電流小，實際察看兩臺機(jī)勵磁電流大致相等，不存在這種情況；

2)拖動機(jī)(3號機(jī))與被拖動機(jī)(4號機(jī))轉(zhuǎn)速差較大。由于兩次拖動時，都是機(jī)組剛開始轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速不易觀察到，實際數(shù)據(jù)難以取得。不過，本人認(rèn)為這種情況存在的可能性很大。

造成拖動機(jī)(3號機(jī))與被拖動機(jī)(4號機(jī))轉(zhuǎn)速差較大的原因可能有:a)被拖動機(jī)4號機(jī)阻力大；b)拖動機(jī)3號機(jī)自身機(jī)械阻力較??；c)拖動機(jī)3號機(jī)導(dǎo)葉開啟過快；d)在拖動時，被拖動機(jī)4號機(jī)轉(zhuǎn)子位置不好，造成被拖動機(jī)4號機(jī)出現(xiàn)反轉(zhuǎn)，致使兩臺機(jī)轉(zhuǎn)速差增大。

對于a)被拖動機(jī)4號機(jī)阻力大,雖目前停留在猜測層面上，但有下述跡象表明這種猜測有一定可能:①被拖動機(jī)4號球閥工作密封存在漏水，停機(jī)時，4號機(jī)蝸殼層漏水聲音(包括導(dǎo)水葉漏水)比其它機(jī)組大。球閥工作密封、導(dǎo)葉漏水對機(jī)組抽水方向轉(zhuǎn)動是個阻力；②4號機(jī)導(dǎo)葉空載開度比其它機(jī)組大(這個待觀察)，這表明4號機(jī)自身機(jī)械阻力大。至于造成被拖動機(jī)4號機(jī)阻力大的原因，除了4號機(jī)球閥工作密封、導(dǎo)葉漏水大外；還可能是4號機(jī)高壓注油泵油壓、油量存在問題或是4號機(jī)高壓注油在推力軸承里面油路不暢；或是4號機(jī)推力軸承本身問題；此外，若是4號機(jī)振動、擺度大，也可能造成4號機(jī)阻力大；機(jī)組總重也是一個可能的原因，但是這個可能性不大。

對于b)拖動機(jī)3號機(jī)自身機(jī)械阻力較小，目前尚無證據(jù)支持，不過可以通過觀察導(dǎo)葉空載開度等方法進(jìn)行確證。

對于c)拖動機(jī)3號機(jī)導(dǎo)葉開啟過快，目前4臺機(jī)導(dǎo)葉開啟規(guī)律一樣，非獨(dú)3號機(jī)一個樣，可以排除，但是背靠背時導(dǎo)葉開啟規(guī)律，尤其是第一階段開啟規(guī)律如何優(yōu)化，確實是一個值得探討的問題。

對于d)在拖動時，被拖動機(jī)4號機(jī)轉(zhuǎn)子位置不好，造成被拖動機(jī)4號機(jī)出現(xiàn)反轉(zhuǎn)，致使兩臺機(jī)轉(zhuǎn)速差增大，這種情況，以前常被我們忽視，2011年3月8日，在4號機(jī)拖3號機(jī)時觀察到3號機(jī)在剛開始被拖動時出現(xiàn)反轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，這一因素應(yīng)引起我們的重視。被拖動機(jī)在剛開始被拖動時出現(xiàn)反轉(zhuǎn)，或先正轉(zhuǎn)再略微反轉(zhuǎn)再正轉(zhuǎn)，而此時拖動機(jī)導(dǎo)葉“義無返顧”在開，勢必造成兩臺機(jī)轉(zhuǎn)速差增大。機(jī)械保護(hù)中雖有“被拖動機(jī)1%轉(zhuǎn)速超時”和“拖動機(jī)與被拖動機(jī)轉(zhuǎn)速相差2%”而事故停機(jī)，但前者有6s延時，后者有2s延時，這6s和2s拖動機(jī)轉(zhuǎn)速有可能上升到一個較高數(shù)值，而被拖動機(jī)未轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，這么高的轉(zhuǎn)速差極可能使電壓差大，“低頻過流動作”。

3 結(jié)語

上述分析僅是一家之言，正確與否有待進(jìn)一步探討和驗證。由于多個抽水蓄能電廠也曾發(fā)生過類似情況，且原因不明，沒有定論，在此提出個人看法，僅供大家參考，以找到真正的原因。

對于低頻過流保護(hù)動作原因，為了最終確定3號機(jī)拖4號機(jī)“低頻過流”動作的原因，建議做以下工作:

(1)多做背靠背試驗，尤其是3號機(jī)拖4號機(jī)，觀察被拖動機(jī)反轉(zhuǎn)情況。當(dāng)然這有隨機(jī)性。

(2)記錄、比較4臺機(jī)導(dǎo)葉空載開度、4臺機(jī)振動、擺度，從一個側(cè)面確定4臺機(jī)(尤其是4號機(jī)、3號機(jī))啟動時阻力情況。

(3)優(yōu)化4臺機(jī)(尤其是3號機(jī))背靠背時導(dǎo)葉開啟規(guī)律。

(4)跟蹤4號機(jī)球閥工作密封、導(dǎo)葉漏水量、高壓注油泵、推力軸承情況。