1、發電機勵磁調節器故障。勵磁調節器擔負著機端電壓控制無功功率分配及提高電力系統運行穩定等多種任務。正常運行時,勵磁調節器隨時跟蹤著發電機端電壓的變化,若調節器跟蹤、調節性能不好,都會出現誤調節,使勵磁電流降低,使發電機進入進相運行;#5機組出現進相運行后,工勵退出運行,帶等值負載,也出現過多次擺動等運行不穩定的現象。
2、系統無功過剩。造成發電機端電壓升高,勵磁調節器自動跟蹤,減小勵磁電流以降低發電機端電壓。在這種情況下,只有某一區域內的部分機組參與調節才可以有效的改善系統電壓水平,從當時的實際情況看,系統電壓沒有上升趨勢,其他的機組也未參與調節(進相運行),所以此因不是造成#5機組進相運行的原因。
3、人為誤操作。人為將發電機勵磁電流減小,造成機組進相運行。
4、DCS系統工程師站DPU故障。DCS系統改造后,電氣所有微機內的操作均是通過DPU處理后再向設備發出操作指令。從#5機組進相時的歷史追憶事件看出,當時負責勵磁調節任務的DPU有間斷性的下線現象,當調節無功時由于DPU與調節器之間的通訊中斷,使增減磁的操作脈沖不能及時送到調節器增減磁的控制回路中,造成運行人員的誤判斷,當通訊恢復后,多次的調節脈沖使勵磁電流降低,使機組進入進相狀態。這是造成此次機組進相運行的主要原因。
二、進相運行的狀態分析
發電機正常運行時,向系統提供有功的同時還提供無功,定子電流滯后于端電壓一個角度,此種狀態即遲相運行。當逐漸減少勵磁電流至空載勵磁電流以下時,使發電機從向系統提供無功而變為從系統吸收無功,來維持定子、轉子磁場所損耗的功率,功率因數角超前,即定子電流從滯后而變為超前發電機端電壓一個角度,此種狀態即進相運行。進相運行并不等同于失磁失步。發電機進相運行時,勵磁電流常常小于空載額定電壓時的勵磁電流,因而將從系統吸收無功功率。但其功角特性的電磁功率幅值仍大于當時的原動機輸出功率Pm,故仍然與系統同步。而發電機失磁時,在同樣有功功率輸出下,其勵磁電流將更小,小到使其功角特性的電磁功率幅值小于當時的原動機輸出Pm。除了從系統吸收更多的無功功率以外,此時由于已沒有足夠的電磁功率來抵消原動機輸出功率,因而發電機將持續加速,轉差S和功率角θ增大,直至與系統失步。由此可見,發電機是否失步主要是由電磁功率Pem的幅值是否大于原動機輸出Pm來決定的。當Pm足夠小時,即使失磁也不會失步。
三、進相運行的危害
1、發電機定子端部件溫度升高。汽輪發電機運行時,定子繞組端部的漏磁場也是以同步轉速對定子旋轉的,其漏磁場的一部分是經過定子繞組端部空間,轉子護環,氣陷及定子端部鐵芯構成磁路的,因此使定子端部鐵芯平面上產生渦流而發熱。此外,勵磁繞組緊靠護環,因此它的漏磁場主要經護環閉合,當進相運行時,由于勵磁電流減小勵磁繞組端部漏磁場減弱,于是護環的飽和程度下降,減小了定子端部漏磁場所經過磁路的磁組,從而使定子端部漏磁場增大,鐵筍加大,致使定子端部鐵芯嚴重受熱。
2、發電機出力降低。發電機進相運行時,對機組的嚴重影響是,由于定子端部漏磁的增加,將引起定子端部構件的嚴重過熱,為保持其溫升不超過規定值,只有降低發電機的有功出力。
3、發電機的靜態穩定性降低。發電機進相運行時,由于勵磁電流的減小,發電機電勢隨之減小,造成功角的增大,從而降低了發電機的靜態穩定性,由于此時磁路不飽和,在系統中如有擾動,就會造成機組產生振蕩或失步。因此,對有自動勵磁調節裝置的電廠,應將自動勵磁調節器投在“自動”位。以防系統對機組所造成的干擾;
4、影響廠用電壓質量。進相運行時發電機端部電壓降低,廠用電電壓也相應降低,如果超出10%,將影響廠用電運行。
四、進相運行限制因素分析
通過對發電機進相運行的危害分析,不難看出制約發電機進相運行的主要因素有:
1、系統穩定的限制。
2、發電機定子端部件溫度的限制。
3、定子電流的限制。
4、廠用電電壓的限制。
五、進相運行的有關措施
1、為防止發電機出現進相運行,在調節機組無功出力時,首先檢查DPU的運行狀況,當發現其運行異常或出現下線時,立即停止操作,以防系統指令錯誤造成一次系統誤調節。
2、在機組檢修時,配合檢修做調節器低勵限制功能試驗,以確保發電機在給定的勵磁范圍內運行,防止機組在出現進相運行時發生失磁、失步問題。
3、在發電機出現進相運行期間,運行人員密切監視發電機定子各部溫度以及發電機出口、6KV廠用電壓,防止超出規定值。再者由于機組靜態穩定性降低,此時應適當降低機組有功出力,其次盡快恢復勵磁。
4、由于調節器出現故障,致使發電機勵磁電流降低,機組出現進相運行,此時盡快倒備勵運行。在倒換過程中,要注意備勵與工勵負荷的調節,防止在倒換過程中機組無功出力出現劇烈擺動。
5、在機組進相運行期間,機組出現失磁導致失步時,首先應迅速降低有功功率,使其較快地通過暫態異步運行而進入穩態異步運行,減小對系統和機組本身的沖擊。其次應盡快恢復勵磁,使其早些恢復同步運行。
6、為使運行人員果斷、準確判斷機組的運行狀況,建議機組裝設雙向無功電力表、以及在線功角測量裝置。
7、建議將發電機進相運行的有關規定編入《運行規程》及有關措施中。為運行人員處理這類事故提供全面、可靠的依據。
六、分析總結
1、隨著電力系統容量的不斷增加,電壓等級不斷的升高,遠距離輸送負荷越來越大,使得線路間及線路對地的電容增大,從而引起了電力系統電容電流及容性無功功率的增長。使得電網上產生了無功功率過剩,使電力系統的電壓上升,以致超過允許值,這么高的電壓對電氣設備和整個網絡,將產生嚴重的損壞現象。為此,在不增加設備的情況下,利用同步發電機進相運行,來吸收電網上過剩的無功功率,從而來進行電網電壓的調節。
2、由于我廠機組在設計時一般均未考慮到進相運行,二則進相運行時所受到的限制因素有多種,而且在不同方式條件下,起作用的因素也不同,這就決定了進相深度的限制判據應是由多種因素組成的綜合判據,由于這種判據比較復雜,運行人員難以掌握,故一般常采用在線監測儀來自動完成對有關量的監測和報警。
3、此外,機組還應事先經過系統而全面的試驗以驗證其一、二次設備對進相運行的適應性后,才可正式投入進相運行。
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