姜春鵑　樊國強(qiáng)

摘 要：發(fā)電機(jī)定速至3000r/min，運(yùn)行人員在DCS將進(jìn)行合滅磁開關(guān)、啟勵升壓操作，在此過程中，應(yīng)密切監(jiān)視發(fā)電機(jī)定子電壓、定子電流、空載轉(zhuǎn)子電壓、空載轉(zhuǎn)子電流，注意與平時啟動時的差值應(yīng)非常小，如大于10%則一定要進(jìn)行分析，并找出發(fā)生異常的原因。在河曲電廠2017年4月2日1號機(jī)組在啟勵過程中通過監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)定子電流異常增大，聯(lián)系電氣一次專業(yè)，了解到在機(jī)組檢修期間，進(jìn)行了主變壓器繞組直流電阻試驗(yàn)后，未去磁或去磁不徹底，導(dǎo)致變壓器鐵芯存在比較嚴(yán)重的剩磁。文中介紹了因剩磁的存在，引起發(fā)電機(jī)過激磁保護(hù)動作，出現(xiàn)定子電流異常增大并產(chǎn)生畸變波形。最后，提出了消除剩磁的方法和注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：啟勵；大容量變壓器剩磁；發(fā)電機(jī)過激磁；定子電流

中圖分類號：TM31 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）22-0132-03

隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展和單機(jī)容量的逐漸增大，在大機(jī)組的投運(yùn)過程中，未免會出現(xiàn)一些新的問題。河曲電廠2017年4月2日1號機(jī)組在啟勵過程中定子電流異常增大現(xiàn)象。本文對這一問題進(jìn)行分析，并提出解決方法。

1 神華國神河曲電廠發(fā)電機(jī)、主變壓器、勵磁系統(tǒng)概況

發(fā)電機(jī)采用東方電機(jī)股份有限公司生產(chǎn)的型號為QFSN–600–2–22B汽輪機(jī)直接拖動的隱極式、二極、三相同步發(fā)電機(jī)，水氫氫冷卻方式，發(fā)電機(jī)定子鐵芯是用相互絕緣的扇形片疊裝壓緊制成，扇形片采用高導(dǎo)磁低損耗的冷軋硅鋼片沖制而成。

勵磁采用ABB Unitrol 5000系統(tǒng)，勵磁調(diào)節(jié)器為靜止可控硅，機(jī)端自并勵勵磁方式。

發(fā)變組保護(hù)采用GE公司生產(chǎn)的G60發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置和T35變壓器保護(hù)裝置，配置一套武漢中元華電科技公司的ZH-3B故障錄波裝置。

主變壓器采用保定天威電氣有限公司生產(chǎn)的型號為DFP-240000*3/500的戶外、雙繞組、強(qiáng)油風(fēng)冷單相油浸電力變壓器。

發(fā)電機(jī)定子出線采用分相封閉母線與主變、高廠變、勵磁變相連，中間不設(shè)斷路器。

發(fā)電機(jī)技術(shù)參數(shù)

型式：全封閉、自通風(fēng)、強(qiáng)制潤滑、水/氫氫冷卻、圓筒形轉(zhuǎn)子、同步交流隱極發(fā)電機(jī)

型號：QFSN-600-2-22B額定功率：600MW

額定容量：667MVA 額定端電壓：22kV

額定電流：17495A 功率因數(shù)：0.90滯后

短路比（保證值）：不小于0.58額定氫壓/最高氫壓：0.414 Mpa/0.45Mpa

效率（保證值）≥98.95%（在600MW、 0.9滯后功率因數(shù)時）

極數(shù)：2相數(shù)3 額定轉(zhuǎn)速：3000r/min

額定頻率：50Hz

冷卻方式：定子繞組：直接水冷；定、轉(zhuǎn)子鐵芯及轉(zhuǎn)子繞組：直接氫冷

絕緣等級定子繞組：F級；轉(zhuǎn)子繞組：F級

不平衡負(fù)載能力：8%（持續(xù)） I22·t（最大暫態(tài)值）：10

定子冷卻水進(jìn)水溫度：45℃ 定子冷卻水出水溫度：≤85℃

冷卻后氫氣溫度：46℃

冷卻器進(jìn)水溫度：對于氫冷器及定子水冷器均為最高33℃

定子繞組溫度極限：≤120℃層間溫差（最高值-平均值）：≤12℃

轉(zhuǎn)子繞組溫度極限：≤115℃定子端部結(jié)構(gòu)件溫度極限：≤120℃

定子鐵芯溫度極限：≤120℃ 集電環(huán)溫度極限：≤120℃

氫氣純度：≥98% 氫氣消耗量：≤12m3/天

氫冷器容量：停用一只氫冷器時，發(fā)電機(jī)能在至少80%額定工況下運(yùn)行而不過熱

定子外殼類型：雙層外殼轉(zhuǎn)子額定電壓：400.1V

轉(zhuǎn)子額定電流：4387.34A 轉(zhuǎn)子空載電壓：145V

轉(zhuǎn)子空載電流：1949A 勵磁方式：靜止可控硅機(jī)端自并勵

允許強(qiáng)勵時間：10s發(fā)電機(jī)噪音水平：離發(fā)電機(jī)外殼1米處≤90dB （絕對）

制造：東方電機(jī)股份有限公司

主變壓器技術(shù)參數(shù)

型式：戶外、雙繞組、強(qiáng)油風(fēng)冷單相油浸變壓器

型號：DPF-240000/500 容量：3*240 MVA

額定電流：755.8/18896/√3 額定頻率：50Hz

效率：99.78% 負(fù)載損耗：413.3kW

空載損耗：Po≤110kW 空載電流：0.21%

調(diào)壓方式：無激磁調(diào)壓 中性點(diǎn)運(yùn)行方式：直接死接地

調(diào)壓位置：外高壓繞組的末端 冷卻方式：ODAF

變比：550/√3-4×2.5%/22 kV 短路電壓：13.9%

聯(lián)接組別：Y，d11 制造廠：保定天威保變電氣股份有限公司

勵磁系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)

型式：三相全控橋式可控硅自并勵靜止勵磁系統(tǒng)

型號：ABB UNITROL5000 Q5S-O/U251-S6000

自動通道調(diào)壓范圍：20%UG～110%UG 手動通道調(diào)壓范圍：10～110% 額定勵磁電流

調(diào)整偏差（精度）：0.5% AVR配置（通道）：2

頂值電壓倍數(shù)/強(qiáng)勵時間：2/10s 頂值電流倍數(shù)：2

響應(yīng)時間：0.18s 整流方式：三相全控橋式

可控硅整流柜型式：密閉，強(qiáng)迫風(fēng)冷 滅磁開關(guān)型式：直流側(cè)單斷口

滅磁開關(guān)型號：賽雪龍Secheron公司HPB60 UN4023a.VAR.523

滅磁開關(guān)額定電流：6000A 滅磁開關(guān)額定電壓：1800VDC

生產(chǎn)廠家：瑞士 ABBendprint

2 事件經(jīng)過

2017年4月2日22：10：57，1號發(fā)電機(jī)啟動、合滅磁開關(guān)升壓過程中發(fā)電機(jī)定子電流較先前異常增大，在勵磁投入瞬間定子電流達(dá)到最大值，分別為A相電流6561A，B相電流8985A，C相電流7262A。同時，發(fā)變組保護(hù)A、D屏發(fā)電機(jī)G60保護(hù)裝置“發(fā)電機(jī)過激磁”保護(hù)報(bào)警，就地裝置面板報(bào)警燈亮，DCS報(bào)警，發(fā)變組故障錄波器啟動。隨即，檢修人員至就地進(jìn)行檢查，查看故障錄波，調(diào)取保護(hù)裝置事件記錄，并分析確認(rèn)保護(hù)裝置為正確動作。但是，調(diào)取歷次機(jī)組啟動時DCS錄波的數(shù)據(jù)看出，在正常方式啟動情況下，1號機(jī)組定子電流均在35A左右，從未出現(xiàn)發(fā)電機(jī)定子電流異常增大現(xiàn)象。

根據(jù)武漢中元廠家ZH-3B軟件對故障錄波圖進(jìn)行分析，自動通過DFT修正法（即密度泛函方法）計(jì)算出發(fā)電機(jī)頻率，從而得出發(fā)電機(jī)過激磁曲線及倍數(shù)。從計(jì)算出的曲線可以很直觀的看出，發(fā)電機(jī)A相過激磁倍數(shù)為1.066倍，B相過激磁倍數(shù)為1.016倍，C相過激磁倍數(shù)為2.038倍，故障錄波器顯示為保護(hù)動作開關(guān)量啟動。

過激磁保護(hù)用于防止發(fā)電機(jī)、變壓器因過激磁而引起的危害。

對發(fā)電機(jī)而言，大容量發(fā)電機(jī)無論在設(shè)計(jì)和用材方面裕度都比較小，其工作磁密很接近飽和磁密。當(dāng)由于調(diào)壓器故障或手動調(diào)壓時甩負(fù)荷或頻率下降等原因，使發(fā)電機(jī)產(chǎn)生過勵磁時，其后果非常嚴(yán)重，有可能造成發(fā)電機(jī)金屬部分的嚴(yán)重過熱，在極端情況下，能使局部矽鋼片很快熔化。

對變壓器而言，變壓器的過勵磁就是當(dāng)變壓器在電壓升高或頻率降低時將造成工作磁通密度增加，使變壓器的鐵芯飽和。其產(chǎn)生的主要原因有：當(dāng)電網(wǎng)因故解列后造成部分電網(wǎng)剛甩負(fù)荷而過電壓、鐵磁諧振過電壓、變壓器分接頭連接調(diào)整不當(dāng)、長線路末端帶空載變壓器或其他誤操作等，這些情況都可能產(chǎn)生較高的電壓而引起變壓器過勵磁。其危害主要表現(xiàn)在：當(dāng)變壓器運(yùn)行電壓超過額定電壓的10%時，就會使變壓器鐵芯飽和，因飽和產(chǎn)生的漏磁將使箱殼等金屬構(gòu)件渦流損耗增加，鐵損增大，造成鐵芯溫度升高，同時還會使漏磁通增強(qiáng)，使靠近鐵芯的繞組導(dǎo)線、油箱壁和其他金屬構(gòu)件產(chǎn)生渦流損耗，使變壓器過熱，絕緣老化，影響變壓器壽命，嚴(yán)重時造成局部變形和損傷周圍的絕緣介質(zhì)，有時甚至燒毀變壓器。一般避免變壓器過勵磁的方法主要有：（1）防止變壓器運(yùn)行電壓過高，一般電壓越高，變壓器過勵磁情況越嚴(yán)重，允許運(yùn)行的時間也就越短。（2）加裝過勵磁保護(hù)，根據(jù)變壓器特性曲線和不同的允許過勵磁倍數(shù)發(fā)出告警信號或切除變壓器。

查閱1號機(jī)發(fā)電機(jī)過激磁保護(hù)定值單，包括定時限過激磁保護(hù)和反時限過激磁保護(hù)。定時限保護(hù)設(shè)置一段，定值為1.06倍，3s，動作于信號；反時限保護(hù)按照既定的動作曲線動作于全停。根據(jù)DL/T 684-2012《大型發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)整定計(jì)算導(dǎo)則》中4.8.1規(guī)定，“發(fā)電機(jī)或變壓器過勵磁運(yùn)行時，鐵芯發(fā)熱，漏磁增加，電流波形畸變，嚴(yán)重?fù)p壞發(fā)電機(jī)或變壓器安全。對于大容量機(jī)組，必須裝設(shè)過勵磁保護(hù)，整定值按發(fā)電機(jī)或變壓器過勵磁能力較低的要求整定。當(dāng)發(fā)電機(jī)與主變壓器之間有斷路器時，應(yīng)分別為發(fā)電機(jī)和變壓器配置過勵磁保護(hù)?！焙忧姀S1號機(jī)組容量600MW，為發(fā)-變組單元制接線，將選取發(fā)電機(jī)、變壓器過激磁能力低者來配置過激磁保護(hù)，并查閱發(fā)電機(jī)、變壓器制造廠提供的允許過勵磁曲線，發(fā)電機(jī)允許的過勵磁能力低于變壓器允許的過勵磁能力，定值將按照發(fā)電機(jī)允許的過勵磁能力進(jìn)行整定。

查閱一期繼電保護(hù)定值整定計(jì)算書，定值整定原則正確，定值整定正確。在啟勵升壓過程中，發(fā)電機(jī)過激磁定時限保護(hù)動作報(bào)警燈亮，調(diào)取發(fā)電機(jī)G60保護(hù)裝置事件記錄，從SOE追憶中看出，發(fā)電機(jī)過激磁保護(hù)于22：11：14.24起動，22：11：17.24動作，22：11：17.40返回，與定值完全一致，保護(hù)動作正確。

3 原因分析及結(jié)論

從故障錄波圖中分析看出，在發(fā)電機(jī)啟勵過程中，發(fā)電機(jī)定子電壓三相幅值和波形正常，發(fā)電機(jī)定子電流異常增大，持續(xù)時間為17s，同時波形嚴(yán)重畸變并逐漸減小，且具有電流波形出現(xiàn)間斷、含有大量的高次諧波分量、含有很大成分的非周期分量，波形偏于時間軸一側(cè)等特點(diǎn)，與變壓器勵磁涌流波形特點(diǎn)一致，因此，從發(fā)電機(jī)定子電流波形特點(diǎn)不難判斷，受變壓器剩磁的影響，產(chǎn)生勵磁涌流，導(dǎo)致定子電流較平時異常增大。

同時，經(jīng)與電氣高壓試驗(yàn)人員了解得知，由于本次停機(jī)檢修時對1號機(jī)主變進(jìn)行了絕緣電阻、直流泄漏電流、繞組及套管介質(zhì)損耗、繞組直流電阻試驗(yàn)，此試驗(yàn)的目的是檢查繞組回路是否有短路、開路或接錯線，檢查繞組導(dǎo)線焊接點(diǎn)、引線套管及分接開關(guān)有無接觸不良。另外，還可核對繞組所用導(dǎo)線的規(guī)格是否符合設(shè)計(jì)要求。試驗(yàn)過程中，選擇的電流值稍大、環(huán)境溫度較低、試驗(yàn)完畢后不久就進(jìn)行機(jī)組啟動，不利于變壓器剩磁的自衰減。并且，在變壓器做直流電阻測試后未去磁或去磁不徹底.主變壓器內(nèi)有嚴(yán)重剩磁，而剩磁不會自動消失，導(dǎo)致合閘瞬間磁路飽和、勵磁涌流顯著增加，發(fā)電機(jī)過激磁定時限保護(hù)動作。

變壓器鐵芯為電感元件，由于剩磁的存在，使鐵芯更易飽和。變壓器繞組中的勵磁電流和磁通的關(guān)系由磁化特性所決定，鐵芯越飽和，產(chǎn)生一定的磁通所需的勵磁電流就越大。變壓器在最不利的合閘瞬間，鐵芯中的磁通密度可達(dá)最大值2Φm，這時鐵芯的飽和情況將非常嚴(yán)重，因而勵磁電流的數(shù)值大增，勵磁涌流比變壓器的空載電流大100倍左右，在不考慮繞組電阻的情況下，電流的峰值出現(xiàn)在合閘后半周的瞬間。但是，由于繞組具有電阻，這個電流是要隨時間衰減的。對于容量小的變壓器衰減得快，約幾個周波即達(dá)到穩(wěn)定，大型變壓器衰減得慢，全部衰減持續(xù)時間可達(dá)幾十秒。

4 變壓器剩磁的消除方法、危害和啟機(jī)過程中注意事項(xiàng)

剩磁，它存在在發(fā)電機(jī)（定子、轉(zhuǎn)子）、變壓器的鐵芯里，這是由鐵磁材料的特性決定的，即鐵芯在充磁后，當(dāng)外部磁場消失，鐵芯中仍會保留一部分磁通，這就是剩磁。一方面是變壓器在運(yùn)行過程中，其內(nèi)部會產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)磁通，當(dāng)變壓器斷電切除時，由于回路磁通守恒，穩(wěn)態(tài)磁通不會立即消失，而會保留一個與最末時刻穩(wěn)態(tài)磁通大小相等、極性相同的剩磁；另一方面，由于鐵磁材料固有的磁滯現(xiàn)象，在對電力變壓器進(jìn)行電壓變比、直流電阻測量等操作后同樣會在鐵芯中殘留剩磁。endprint

從理論上講，要對磁化了的鐵磁物質(zhì)進(jìn)行去磁，有兩種方法，一種是交流法，即應(yīng)在線圈中通以逐漸衰減的交變電流?？梢圆捎弥苯涌蛰d合閘、發(fā)變組零起升壓、外加交流空載消磁等方法，幾種方法各有利弊，河曲電廠曾在四臺機(jī)組主變分接頭調(diào)整完成，進(jìn)行繞組直流電阻試驗(yàn)后，采用發(fā)變組零起升壓方式進(jìn)行過剩磁的消除，并將發(fā)電機(jī)空載去磁曲線與空載試驗(yàn)曲線進(jìn)行比較，可以看出，在兩次試驗(yàn)，上升與回調(diào)曲線的幅值相差較大，去磁效果明顯。另一種是直流法，即反向沖擊法，在變壓器高壓繞組兩端正向、反向分別通入直流電流，并不斷減小，以縮小鐵心的磁滯回環(huán)，從而達(dá)到消除剩磁的目的。

大容量變壓器內(nèi)剩磁無法進(jìn)行現(xiàn)場測量，主要取決于變壓器繞組通過的直流電流強(qiáng)度和時間，特別是做直流電阻試驗(yàn)，由于變壓器繞組容量大，充電時間長，電流大，剩磁較多，會對設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來一定的危害，主要表現(xiàn)在：（1）對繼電保護(hù)裝置的影響，主要是對變壓器瓦斯保護(hù)和差動保護(hù)的影響。a.空載充電時因?yàn)槭４诺脑驅(qū)е聞畲庞苛鬟^大，產(chǎn)生較大的電動力，引起主變線圈、器身振動形成油流涌動，致使變壓器油液面波動大，可能導(dǎo)致重瓦斯保護(hù)動作，引起發(fā)變組非電量跳閘。b.受剩磁的影響，變壓器鐵芯飽和，變壓器空載投入時可能產(chǎn)生數(shù)值較大、二次諧波含量較低的勵磁涌流，甚至導(dǎo)致差動保護(hù)二次諧波制動閉鎖失效，變壓器差動保護(hù)誤動出口。（2）對一次設(shè)備的影響，變壓器漏磁增加、鐵芯發(fā)熱，同時，很大的勵磁涌流會導(dǎo)致變壓器及斷路器因電動力過大受損，誘發(fā)操作過電壓，損壞電氣設(shè)備，造成重大經(jīng)濟(jì)損失。還會使發(fā)電機(jī)定子電流中含有大量的負(fù)序分量，在發(fā)電機(jī)氣隙中產(chǎn)生反向旋轉(zhuǎn)磁場，相對于轉(zhuǎn)子來說為兩倍的同步轉(zhuǎn)速，在轉(zhuǎn)子中會感應(yīng)出100Hz的電流，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子灼傷和振動。（3）對電網(wǎng)的影響，勵磁涌流中的大量諧波和非周期分量對電網(wǎng)電能質(zhì)量造成嚴(yán)重的污染，造成電網(wǎng)電壓驟升或驟降，影響其他電氣設(shè)備正常運(yùn)行。

在啟機(jī)過程中密切監(jiān)視發(fā)電機(jī)參數(shù)，出現(xiàn)異常，可手動跳開滅磁開關(guān)，防止事故擴(kuò)大。同時加強(qiáng)檢修人員技術(shù)培訓(xùn)，認(rèn)識到變壓器剩磁的危害性，進(jìn)行電氣試驗(yàn)前后一定要進(jìn)行充分放電，來避免對設(shè)備造成損壞。

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