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一、事件经过 （一）事件前运行工况 2018年4月14日23时19分，600MW超临界4号发电机有功455MW，无功25Mvar，机端电压19.9kV，转子电压233V，转子电流2563A,机组运行正常。 4号发电机励磁系统采用ABB Unitrol@5000型励磁调节器。2018年3月20日，励磁系统调节器CH1通道运行过程中发生故障，自动切换至CH2通道运行。考虑机组运行中更换主板风险较大，拟停机再进行更换，至事件发生前，4号机励磁系统调节器一直单通道运行。 （二）事件详细经过 2018年4月14日23时19分，4号主变、高厂变、高公变A2、B2柜“主变过激磁”低定值告警发信。23时20分，4号发电机及励磁变保护A1、B1柜“励磁系统故障”动作，DCS“励磁系统故障”光字牌亮，励磁系统报“过励跳闸”信号和“转子过电压保护”信号，发电机跳闸，汽轮机联跳，锅炉MFT。 二、处理过程 （一）4号发变组故障录波装置记录情况 2018年4月14日23时20分14秒377毫秒,A1柜“静态励磁系统故障”信号；23时20分14秒395毫秒,B1柜“静态励磁系统故障”信号；23时20分14秒468毫秒, Q02第一组跳闸线圈跳闸；23时20分14秒468毫秒,Q02第二组跳闸线圈跳闸；23时20分14秒468毫秒,灭磁开关Q02跳闸；23时20分14秒477毫秒,4号发电机出口340开关跳闸。
图1 发变组故障录波图 从图1中可以看出，保护动作顺序为：4号发电机及励磁变保护A1、B1柜“静态励磁系统故障”动作首先发出，然后出口跳发电机出口开关340和灭磁开关Q02。 （二）4号机组DCS记录情况 2018年4月14日23时19分11秒，4号发电机励磁电压由223V上升至508V、发电机励磁电流由3108A上升至4650A、发电机无功功率由26Mvar上升至258Mvar，5秒后开始下降，11秒后发电机励磁电压、发电机励磁电流、发电机无功功率均再次发生突变，同时发电机机端电压从19.9kV上升至20.9kV，发电机无功增大至366Mvar左右，发电机励磁电流增大至5430A，发电机励磁电压增大至561V,且存在波动现象。
图2 DCS记录 从图2中可以看出，各电气量变化分为两个阶段。第一阶段各电气量快速增加后降低，此时3TV的A相一次熔断器发生了慢熔情况，在慢熔初期，熔断器阻值处于时大时小的状况，导致电气量发生波动，由于电压下降幅度未达到励磁系统TV一次熔断器慢熔定值（由于励磁调节器强励时电压的升幅是根据TV电压采样值与电压给定值之差来计算的，而从记录数据中查看强励后机端电压上升幅度约5%左右，反推此时励磁调节器测得的机端三相电压平均值比电压给定值小5%左右，发生故障的3TV的A相电压下降幅度小15%左右，处于TV一次熔断器慢熔动作值边界，在持续时间未超过慢熔逻辑延时定值2s时将不会动作），励磁调节器中TV一次熔断器慢熔逻辑未动作，未将励磁调节器切至手动，励磁调节器自动调节功能正常调节增磁，并在短暂的增磁之后又进行了减磁，故各电气量均有所下降，其中机端电压也有小幅度下降。第二阶段3TV的A相一次侧熔断器熔断状态趋于稳定，但仍未达到励磁系统TV一次熔断器慢熔定值，TV一次熔断器慢熔逻辑未动作，励磁调节器发生强励，发电机机端电压由19.9kV升高至20.92kV，励磁电流快速上升并在4600A至5430A之间波动，励磁电压快速上升并在370V至560V之间波动，持续时间48秒左右。波动过程中由于主变电压瞬时值变化较大，触发主变过激磁保护瞬时发信。 （三）现场检查及处理 1.检查4号发电机出口TV所有一次熔断器直阻，发现3TV的A相一次熔断器熔断（励磁通道CH2采样用TV），更换TV三相一次侧熔断器。本次发生熔断的3TV A相一次侧熔断器是2017年3月份采购到厂，上海智广熔断器有限公司生产的RN4-20 0.5A型熔断器，同批次共计30支，合格证时间为2017年3月。2018年3月14日4号发电机转热备用时投入使用，投入前测量熔断器直阻合格。 机组跳闸后，对3TVA、B、C三相直阻进行了检查，均在正常范围。 事后对机组跳闸后更换下来的5支TV一次熔断器进行测试：测试一熔断器用万用表测量电阻202.8欧姆，试验加1.8A（3.6倍额定电流）电流，在调整升流过程中升至1.5A时即熔断，上电至熔断时间不超过10秒；测试二熔断器用万用表测量电阻204欧姆，试验加1.2A（2.4倍额定电流）电流，在调整升流过程中升至1.2A后约40秒熔断，上电至熔断时间全过程不超过50秒；测试三熔断器，上电加至0.63A电流后，1小时2分钟后仍未熔断，测试完用万用表测量电阻201欧姆。满足高压交流熔断器（GB/T15166.2-2008）要求，3支测试熔断器测试表现均为正常，同批次2017年10月更换至3号机组共9支熔断器在现场使用正常。 将故障熔断器打开，发现熔断器熔丝完整，断开原因为熔丝与熔断器金属座脱焊（见图3）。分析为出厂焊接不牢固，造成焊点脱焊。 2.检查励磁系统转子过电压模块BOD元件，2500V摇表检测BOD元件正向阻值为3MΩ。 3.停机时，查看转子过电压保护单元回路霍尔传感器输出值为0A（定值为200A）。并网后，查看转子过电压保护单元回路霍尔传感器输出值，在-4A～-9A之间。
图3 熔断器内部熔断情况 4.更换4号机励磁调节器CH1通道主控板，更换后，进行定值校对和补充检验，在并网前进行励磁通道切换试验、手自动切换试验、手动零起升压试验和自动零起升压试验。确认无异常后， 4月15日8时25分，4号机组恢复并网运行。 三、原因分析 （一）直接原因 1.4号发电机出口3TV的A相一次侧熔断器内脱焊是引发本次励磁系统异动的原因。3TV主要用于4号机励磁系统调节器CH2通道电压采样，虽然熔丝脱焊，但在高电压的作用下，熔断器呈现出高阻性，A相TV上还带有电压（接于3TV的发电机B1柜发电机负序电压定值为0.06Ue，当时未启动报警，也说明此时发电机A相电压二次下降并不多），励磁调节器TV慢熔功能不能动作。调节器不能切换至手动方式运行，导致发电机励磁电流增大，在4600A至5430A之间波动，超过发电机转子额定电流（4145A），在持续约62秒后，过励保护出口,因无备用通道可切换，发“静态励磁系统故障”动作跳机。在灭磁开关分闸过程时，内部跳闸命令启动跨接器非线性电阻灭磁回路，跨接器动作，发出“转子过电压”信号。 （二）间接原因 2018年3月20日4号机励磁调节器CH1通道主板运行中故障，切至备用通道运行，该故障一直未处理，无备用通道可切换。 四、暴露问题 （一）管理问题 1.对励磁调节器单通道故障所带来的安全风险认识不足，存在侥幸心理。 2018年3月20日，4号机励磁调节器CH1通道主板运行中故障，公司已准备好备件，经厂家现场确认机组运行中暂无法处理，而此时从电网调度部门得知反馈信息，预计雨季来临，4号机组运行时间不会很长，故没有立即向调度申请停机进行缺陷处理，存在侥幸的心理。 2.现场缺陷管理流程不到位。 励磁调节器单通道故障需要停机处理应属于二类缺陷，没有及时向上级进行汇报，对缺陷的分类认识不清。 3.设备评估管理不到位。 4号机组励磁调节系统于2005年采购，2006年11月随机组投产投入运行，至今已运行了将近12年。在历年运行过程中多次报故障，反映出电子元器件已趋于老化，但每次都只是针对故障进行处理，没有全面评估该套设备的可靠性。 4.对发电机TV一次熔断器的入厂验收、把关存在不到位。 公司为防止发电机机端TV一次熔断器运行中熔断，采取不管是否损坏每年都进行更换的措施，而且每次开机前都测量一次熔断器的直流电阻（已列入发电机恢复备用操作票内容）。本次发生熔断的3TV A相一次熔断器是2017年2月份采购，上海智广熔断器有限公司生产的RN4-20 0.5A型熔断器，2018年3月14日4号机组转热备用时投入使用，投入前均测量熔断器直阻合格。公司之前使用的一次熔断器都是上海茗熔品牌，去年集中采购才更换的品牌，暴露出公司对新品牌产品的入厂验收、把关存在不到位。 （二）技术问题 ABB公司U-5000型励磁调节器对TV一次熔断器慢熔防控措施不可靠。 发电机机端电压与同步电压的偏差大于5%或者备用通道机端电压与运行通道发电机机端电压偏差大于5%时，TV慢熔才会动作闭锁。其中发电机机端电压取的是三相电压有效值的平均值，即意味着发生TV单相断线时，断线相电压与其他两相电压偏差需大于3倍偏差定值方可动作，即要大于15%，实际可能会存在电压值下降不足，不能可靠动作的问题。 五、防范措施 1.4号机组励磁调节器已运行将近12年，设备趋于老化。同时深刻吸取本次事件的教训，加强设备评估的管理，对存在问题的设备及时开展调研工作，并制订更新改造计划，确保现场设备的健康水平。 2.针对发电机机端TV一次熔断器是否存在质量问题，后续将与生产厂家进行联系确认，并进行相关检查试验，在没有准确结论之前，暂停使用该批次熔断器。同时加强对新产品入厂的验收、把关，慎重使用新产品。考虑将发电机出口TV换为双熔断器形式增加可靠性。一次熔断器投入使用前，由专业人员测量一次熔断器直阻并与前次进行比较，发现阻值变化大即进行更换，防止产品个体差异造成一次熔断器熔断。 3.加强设备缺陷的管理，严格按照集团公司、华银公司的有关要求，落实制度、落实责任，杜绝缺陷降级管控的情况再次发生。 4.与设备厂家进一步研究和优化TV慢熔判断逻辑。TV慢熔逻辑中的电压值应能实现按单相分别比较，其中任一相电压偏差大于5%，TV慢熔均能可靠动作，有效地提高动作的灵敏性。 5.加强TV柜体连接，评估TV小车固定方式（1、2号机组TV小车为抽屉式，3、4号机组TV小车为螺丝直接固定在柜内）与振动的关系，采取可靠手段减小TV柜振动。  |
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