一次超临界火力发电厂零起升压异常事件的定性分析_高婧嫱

DOI:10.13357/j.cnki.jep.002222

第２８卷第２期２０１３年４月电力学报

JOURNAL OF ELECTRIC POWER

Ｖｏｌ．２８Ｎｏ．２Ａｐｒ．２０１３

·发电·

文章编号：１００５－６５４８（２０１３）０２－０１５６－０４

中图分类号：ＴＭ６２１．３

文献标志码：Ｂ

学科分类号：４７０４０

一次超临界火力发电厂零起升压异常事件的定性分析

高婧嫱1，葛磊蛟

2

（1. 山西鲁晋王曲发电有限责任公司，山西潞城047500；2. 天津大学电气与自动化工程学院，天津300072）

Qualitative Analysis of an Abnormal Event of Raising Voltage from

Zero in a Primary Supercritical Thermal Power Pant

GAO Jing-qiang 1，GE Lei-jiao 2

（1. Shanxi Lujin Wangqu Power Generation CO., LTD., Lucheng 047500, China ；

2. College of Electrical and Automation Engineering, Tianjin University, Tianjin 300072, China ）

ABSTRACT ：After the supercritical thermal power unit starts and before combining to the power grid, it is necessary to carry out a test of raising voltage from zero to detect the working condition of the main electrical equipments such as generator, high voltage house service transformer, excitation transformer and the main transformer. Aiming at the abnormal situation of the primary automatic test of voltage raising from zero, and the actual successful test case of voltage raising from zero by hand, this paper puts forward a qualitative analysis method of deducing the primary equipment's working condition based on the secondary protection data, which can rapidly determine the failure causes of voltage raising from zero. And this method has also some guiding significance to the operation and maintenance of the supercritical unit.

KEY WOR DS ：critical thermal power ；voltage raising from zero ；qualitative analysis ；generator combined to grid

摘要：超临界火力发电机组起机后与大电网并网之前需要进行一次零起升压试验，用于检测超临界机组的发电机、高压厂用变压器、励磁变压器、主变压器等各个主电气设备的工作状态。针对发电机组第一次自动零起升压实验发生异常，第二次手动零起升压成功的实际案例，本文提出了一种从二次保护数据推断一次设备情况的定性分析方法，快速确定了变压器励磁涌流所致零起升压失败的原因，对于超临界机组的运行维护具有一定的指导意义。

关键词：临界火力发电；零起升压；定性分析；发电机并网

图1机组拓扑图

Fig. 1Topology diagram of

the unit

注：高厂变为高压厂用变压器简称；脱硫变为脱硫变压器简称；励磁变为励磁变压器简称。

后一次试验，若零起升压过程中，无任何异常现象发生，则认为发电机组一切正常，与电网同期后，即可将其并入电网。

本文依托山西长治王曲火力发电厂一次实际发生的零起升压异常情况，提出了一种定性分析发电机零起升压失败的方法。其发电厂零起升压的拓扑图如图１所示。

2零启升压异常过程

王曲火力发电厂总装机容量为１２００ＭＷ，其中出现异常情况的２＃机组容量是６００ＭＷ，于２００５年建成投入使用。下面介绍机组异常情况过程：２０１２年１０月２３日１０时３９分，运行人员在２＃机组主控制盘ＤＣＳ上控制火力发电机的起励，发电机开始起励升压。５ｓ后发电机变压器组Ａ、Ｂ

1引言

发电厂零起升压试验，是发电机组并网前的最

第２期高婧嫱等：一次超临界火力发电厂零起升压异常事件的定性分析１５７

柜保护动作，保护装置发出声光报警，励磁系统灭

磁开关跳闸，汽轮机跳闸。工作人员迅速到保护继电器室进行检查，发现机组高压厂用变压器双套差动保护Ｃ相动作信号灯亮，发电机变压器组故障录波器起动，记录Ａ、Ｂ柜高压厂用变压器差动保护动作。

异常与正常两种情况下，发电机组的电流、电压波形见图２、图３。

至７０００Ａ以上，励磁电流飙升至２６００Ａ以上。

3零起升压异常的定性分析

依据本次发电机零起升压的异常现象，可以先排除以下几种原因：

（ａ）人为误操作不可能，因为误操作不会造成波及面如此广的二次谐波；

（ｂ）二次保护系统的整定值计算错误不可能，因为在第二次手动零起升压成功的过程中没有对任何参数进行过更改；

（ｃ）二次设备故障不可能，因为不可能在同一时间多个设备同时全部出现异常。3.1

CT 电流值定性分析发电机电流流向

根据故障录波器记录的数据，通过对各个数据波形异常与正常的对比分析，充分考虑二次保护装置动作的实际情况，定性的推断一次高压设备故障。发电机出口与高压厂用变压器、脱硫变压器、励磁变压器、主变压器并联，在零起升压过程中，除励磁变二次侧带有负载以外，其余变压器全部为空载状态。在本次异常情况过程中，高压厂用变压器Ｃ相差动保护动作，进而引起汽轮机跳闸。该机组接线结构为：接于发电机出口的各个变压器，一次侧均为三角形连接，二次侧均为星形，其中发电机主变为三个单相变压器，一次侧选用的是外三角形结构，其ＣＴ装于三角形绕组内部，所测电流为相电流，其余变压器ＣＴ全部接在三角形外部，所测电流为线电流。各个ＣＴ变比如下：发电机出口ＣＴ为：２５０００：１；高压厂用变压器ＣＴ为：２５００：１；励磁变压器ＣＴ为３００：１；脱硫变ＣＴ为６００：１。

通过故障录波器记录数据发现：在此异常情况下，流向主变和脱硫变的线电流共为６５１６Ａ，流向高厂变的的线电流为４７５Ａ，流向励磁变高压侧的线电流为１３０Ａ。据此可以定性认定由发电机定子发出的７１２１Ａ电流的流向为：主变、高压厂用变压器、励磁变压器、脱硫变压器。在各个变压器的继电保护装置均独立运行情况下，本次异常过程中只有高压厂用变压器保护动作，并且各个变压器ＣＴ记录波形中均含有大量的二次谐波成分。所以可以定性认定：异常情况为变压器励磁涌流。3.2变压器励磁涌流定性分析

定性认定本次异常由主变励磁涌流所致的原因

如下：

图2异常情况波形

Fig.2Wave form diagram of abnormal situation

图3正常情况波形

Fig.3

Wave form diagram of normal situation

注：图中黑线代表发电机机端电压，灰线代表发电机定子电流，浅灰线代表励磁电流，深灰线代表励磁电压。

通过对比异常情况与正常情况下的波形，不难发现发电机异常情况下，各个波形均明显发生畸变，尤其是发电机定子电流与励磁电流的畸变尤为严重。正常情况下，６００ＭＷ机组升压时，定子电流最高维持在１６００Ａ左右，励磁电流最大维持在３００Ａ左右，而在本次异常情况下，定子电流飙升

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（１）从异常发生后，各个保护装置检测到的数据中，二次谐波成分所占比重相当大，具有明显的励磁涌流特征。

（２）试验过程中除了励磁变压器带有负载以外，其它各个变压器都工作于空载状态，符合励磁涌流产生的条件。

（３）在正常情况下，空载变压器的励磁涌流曲线具有明显的波头特征，然后逐渐衰减，而本次涌流的波形相对于变压器一般涌流波形有明显不同。

针对以上三点基本定性结论，以下从理论上分析其与普通变压器涌流不同的原因：

（１）在变压器空载而一次侧合闸到额定电压母线的情况下，正常情况变压器二次侧电压的表达式为，而本次异常情况下，其表达式为，是一个快速升压过程下电压波形。

（２）变压器绕组线圈相当于一个大电感，也就是感抗。而变压器铁芯的作用一方面作为磁通的通路，另一方面的作用增大感抗，磁通Φ与电感L 关系密切，当铁芯饱和，L 减小，感抗X 变小，几乎相当于短路，导致电流急剧增大。正常情况下，变压器铁芯内剩磁很少，铁芯处于不饱和状态，绕组加压后硅钢片内的磁畴开始旋转，且与电压几乎呈线性关系，开始加压时，电压变化率很大，引起励磁涌流，也就是波头。后来铁芯中磁通趋于稳定，大概停留在膝点附近，即铁芯处于饱和与未饱和的临界点位置。而本次异常情况下，变压器铁芯中已有相当量的剩磁，铁芯已经处于近饱和状态，且升压过程也是一个由低电压升高到高电压的过程，即：电压的有效值不断变大，存在电压有效值变化率d ｕ／d ｔ，刚开始时候电压较低，变化对铁芯饱和影响不明显，而后随着电压有效值快速增大，铁芯急剧饱和，电压虽然升高但是铁芯内磁通的变化不大。变压器绕组电流急剧增大，发生涌流。3.3

异常后二次手动升压未见异常的原因分析起励五秒后高压厂用变压器差动保护动作，引起跳闸，这个过程相当于对电压进行斩断，假设当电压非过零时刻斩断，会出现反向电压，而后逐渐衰减为零，这个过程对铁芯来说有去磁作用。这是第一步的去磁作用。

跳闸后，为保证机组安全，经过大约一个小时的时间，又开始做手动升压试验，手动升压时间大约半个小时，此过程明显长于自动升压时间，所以

在手动加载交流电压过程中，变压器铁芯中的磁畴有时间完成反复旋转，把变压器中原有的剩磁去掉，所以，手动试验完成后，又开始自动升压并网，第二次正常自动升压，没有出现异常情况。3.4探讨本次异常情况中的现象

励磁涌流会引起发电机机端电流陡增，通常情况下引起电流陡增的变压器绕组，在系统中被看作谐波源。在电气通路中产生的谐波，必将由电力的链路波及到与之相连的各个电气设备，因此本次异常在多个不同采样点，均采集到二次谐波。

由于本次主变与脱硫变压器ＣＴ采集的电流信号，没有引入故障录波器，其具体谐波含量，变化情况不能明确得到。只能定性分析本次异常。

本次异常过程中，只有高压厂用变压器保护动作，但是并不意味着发生涌流的是高压厂用变压器，由于二次保护装置在进行保护整定时候，都会留有足够的时间裕度躲过涌流时间，并且具有二次谐波制动功能，真实的情况可能是某个变压器发生涌流二次谐波在电力链路中传播，只有高压厂用变压器保护装置达到了动作值。对比保护装置整定值，（主变压器差动保护动作值６９４５Ａ，脱硫变压器差动保护动作值：１３０Ａ，本次异常过程中流向主变压器与脱硫变压器电流总和为６５１６Ａ），本次异常中，主变压器与脱硫变压器保护装置都未达到动作值。根据电流优先流经阻抗小的通路这一原则，发生涌流的极可能是主变，当然也可能是主变与高压厂用变变压器都发生了涌流，只不过是高压厂用变压器变保护装置先动作了而已。

4结论

首先经过实际工程经验，定性排除了人为误操作、二次保护系统的整定值计算错误、二次设备故障等电气二次保护装置原因所造成发电机零起升压失败的可能。

其次利用从二次保护数据中推断一次设备状态的定性方法，快速确定了超临界火力发电机零起失败是变压器励磁涌流所致。

本次定性方法的缺憾之处在于该机组发电机出口并联的变压器比较多，数据信息量有限，未能最终确定本次异常的原因是由几号变压器所致；如果想最终认定，还需要进一步的数据支持，留待以后讨论。

（下转第１６３页）

第２期印江等：基于模糊预测的电站锅炉燃烧控制系统的优化设计１６３

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参考文献

[1]Z HU Jian -jun ，TAN Shao -hua. A Novel Analysis Method for Qualitative

System[C].System Science and Engineering ，2011International Confere -nce ，2011，13（10）：665-670.

[2]周金龙，刘旭. 尼尔基发电厂零起升压失败原因分析及解决方法[J].水

电厂自动化，2011，32（4）：50-51.

ZHOU Jin -long ，LIU Xu. A Failure Analysis and Solving Method for Stepp -ing up From Zero in Nil Power Plant[J].Hydropower Automation ，2011，32（4）：50-51.

[3]霍承祥，高磊. 1000kV 晋东南-南阳-荆门特高压零起升压实验中同步

电机转子电气量的计算与分析[J].电网技术，2009，33（16）：38-43. HUO Cheng -xiang ，GAO Lei. A Calculation and Analysis of the Synchron -ous Motor Rotor Electrical Quantities in the UHV 1000kV Jindong South -Nanyang -Jinmen Stepping up From Zero Experiment[J].Power System Technology ，2009，33（16）：38-43.

[4]温祥龙，温成绪. 500kV 伊冯大输变电系统零起升压无功补偿的分析

计算[J].黑龙江电力技术，1998，20（4）：195-201.

WEN Xiang -long ，WEN Cheng -xu. A Calculation of the Stepping up From Zero Wattless Power Compensation in the 500kV Yifeng Large Power Transmission System [J].Heilongjiang Electric Power Technology ，1998，20（4）：195-201.

[5]师敬波，贾廷伟. 发电机零起升压匝间短路保护动作分析及处理[J].电

力科学与工程，2010（02）：87-93.

SHI Jing -bo ，JIA Ting -wei. A Short Circuit Protection Analysis and Processing of the Stepping up From Zero in Generator [J].Science and Engineering ，2010（02）：87-93.

Electric Power

收稿日期：２０１２－１１－１１作者简介：

高婧嫱（１９８３—），女，硕士，工程师，研究方向为电力系统继电保护，２３７５４２８７３＠ｑｑ．ｃｏｍ；

葛磊蛟（１９８４—），男，博士，研究方向为电力系统运行和控制。

）（责任编辑：王静