一起灭磁电阻柜烧毁事故的分析
国网新疆电力公司电力科学研究院的研究人员李开鑫、翟保豫、冯斌，在2018年第2期《电气技术》杂志上撰文，结合一例一起灭磁电阻柜烧毁的事故，分析了灭磁开关突然跳闸、灭磁电阻柜烧毁和发电机保护拒动的原因，探讨了跨接器电源消失信号上传到DCS的重要性，对类似事件提出了防范措施，为其他电厂避免发生类似事件具有借鉴意义。
某火电厂装机容量为2×660MW。每台发电机以发电机—变压器组单元接线方式接入500kV系统。500kV系统采用一个半断路器接线方式。发电机励磁装置为南瑞电控集团生产的NES6100系列型号的励磁系统，其励磁方式为机端自并励、静态可控硅整流励磁方式，励磁电源由发电机机端经励磁变取得，经可控硅整流后提供发电机励磁电流。
整个励磁系统分四个组成部分：励磁变压器、励磁调节柜、可控硅功率柜、起励及灭磁设备。发电机额定功率PN=660MW、额定电压UN=22kV、额定电流IN=19245A、额定励磁电压Ufd=475V、额定励磁电流Ifd=4906A。
1 灭磁开关和跨接器简介
跨接器是灭磁回路重要的组成部分，NES6100系列型号的励磁系统跨接器由机械跨接器和电子跨接器组成。电子跨接器和机械跨接器并联后和线性灭磁电阻串联，最后跨接在发电机转子绕组两端。其中电子跨接器由跨接器控制模块和可控硅组成，如图1所示。
图1 灭磁开关和跨接器示意图
灭磁开关跳闸有两种情况：接收到跳闸指令；流过灭磁开关的励磁电流超过其线圈脱口整定值。如图1所示，正常停机或事故跳闸时灭磁开关接收到跳闸指令，立即跳开，其常闭接点闭合，机械跨接器合闸回路接通，机械跨接器合闸，同时电子跨接器控制模块接收到灭磁开关跳闸信息，立刻通过跨接器控制模块给可控硅发导通指令，电子跨接器导通，将灭磁电阻接入发电机转子回路，依靠灭磁电阻消耗转子能量。
正常运行或起机时灭磁开关接收到合闸指令，立马合闸，其常开接点闭合，机械跨接器跳闸回路接通，机械跨接器跳闸，同时电子跨接器控制模块接收到灭磁开关合闸信息，立刻停止给可控硅发导通指令，可控硅闭合，脱开灭磁电阻，投入发电机转子。
2 故障过程
2016年3月16日7点左右，#2机组并网成功。机组运行参数如下：发电机有功功率P=183MW，发电机无功功率Q=98MVar，励磁电压Ufd=268.662V，机端电压U=22kV。不久后，运行人员发现DCS画面报“灭磁开关”跳闸，但主变高压侧断路器5031、5032开关未跳闸，监控画面也没有任何保护动作信息。
运行人员立即到#2机组保护小室和励磁小室检查，发现保护小室内各保护屏无任何保护动作信息，但励磁小室内灭磁电阻柜有明显烧着现象，并伴随着隆隆黑烟。现场人员立即报告集控室，集控室运行人员立刻手动停机。
待火势扑灭后发现灭磁电阻柜内电阻、相关连接电缆及柜门有明显烧灼痕迹，柜内其它设备都有不同程度的变形及烧损迹象，如图2所示。
图2 现场烧损情况
3 事故分析
3.1 灭磁电阻烧毁分析
对励磁系统各个盘柜进行检查，发现励磁调节器AVR柜内Q1空开未投入，经核查此空开为跨接器控制电源空开。
此时由于Q1未闭合，机械跨接器操作回路电源消失，所以机械跨接器将无法因灭磁开关的闭合而跳开，即跨接器在跨接状态。这一点从随后调取DCS曲线和历史记录也可以发现，灭磁开关分合闸前后跨接器一直在合位，并且后台显示并网前后一直有“跨接器电源消失”信号发出，只是运行监盘人员没有注意到此信号。
由于该励磁系统跨接器连接的的灭磁电阻为线性电阻，当跨接器导通后，相当于励磁电压直接施加在线性灭磁电阻上。由于灭磁电阻阻值较小，长时间通过的大电流将其烧毁。
3.2 灭磁开关脱扣分析
查看设备参数：励磁变高压侧CT变比为300/5；励磁变变比22/1；根据励磁系统技术参数可得出，灭磁开关的脱扣电流为18000A。调取机组录波图如下图3所示，励磁变高压侧电流最大可达到13A。
图3 转子电压和励磁变高压侧电流
根据图3，可以看出励磁变高压侧励磁电流最大为13A。折算到直流侧的励磁电流为:I=13×（300/5）×（22/1）/0.816=21029A (1)
由式（1）可知，此时的励磁电流超过了灭磁开关的脱扣电流18000A，造成灭磁开关跳闸。
3.3 灭磁开关分闸后励磁持续运行原因分析
经现场检查和实际模拟，由于励磁调节柜AVR端子排处灭磁开关跳闸接点二次回路配线松动，当时没有及时把灭磁开关跳闸信息送入到励磁调节柜AVR，造成灭磁开关跳闸而励磁调节器AVR没有任何外部开入信号，而此时主变高压侧断路器5031、5032在合闸状态，所以励磁调节器AVR判断为负载态，继续运行。
3.4 失磁保护拒动分析
由前面可知，灭磁开关跳开后，AVR继续运行，此时机组参数为：转子电压Ufd=211.385V，机端电压U=20kV(二次值52.4V)，机端电流I=6300A(二次值3.1A)，发电机有功功率P=169MW，无功功率Q=-132MVar。
从灭磁开关跳闸前后可以看出，励磁电压变化不大，因此查看转子电压接线，如图4所示。现场转子电压（励磁电压）取自灭磁开关上口整流侧ZZ:1、ZZ:3端子。虽然此时灭磁开关跳开了，但是由于AVR和励磁变压器继续运行，所以直流铜排仍然会有整流电压输出，致使励磁电压前后变化不大。
图4 励磁电压接线
而发电机失磁保护采用的是异步阻抗圆判据、定子低电压判据和转子低电压判据。其中异步圆定值Xa=-0.9Ω，Xb=-29.48Ω；转子低电压定值Ufd=119V，机端低电压定值U=19kV。
根据机端电压U=52.4V，机端电流I=3.1A可以计算出机端阻抗为52.4V/2.1A=16.9欧姆。根据发电机有功功率P=169MW，发电机无功功率Q=-132MVar可以计算出当时阻抗角为actg（-132/169）=-38度，也就是此时机端计算阻抗为16.9Ω∠322º,即机端阻抗已落于第四象限。
又根据异步圆定值Xa=-0.9Ω，Xb=-29.48Ω，计算出在322度上阻抗圆的两个边界点为1.546欧姆和17.157欧姆。机端阻抗16.9欧姆落在失磁阻抗圆内，即此时异步阻抗圆判据开放。
根据机端电压和转子电压数值，很显然可以看出，定子电压和转子电压未达到失磁保护低电压定值，所以失磁保护没有动作。
假若励磁电压取ZZ:1、ZZ:2端子，那么在灭磁开关FMK跳开后，励磁电压就会趋于零，失磁保护就会动作。
4 事故结论
1）跨接器电源未投入，且运行人员监盘不仔细，致使DCS长期报“跨接器电源
消失”无人处理。
2）灭磁开关位置信号配线松动，致使灭磁开关跳闸信息无法及时送入到励磁调节柜AVR。
3）由于励磁电压接线位置不合理，造成灭磁开关跳开后，在励磁变和AVR均正常工作的前期下，励磁电压下降不多，造成失磁保护未动作。
5 整改措施
1）完善工作票和操作票内容。并网启机前，应根据工作票和操作票内容，逐项检查，逐一核对，确保一切条件满足要求。
2）加强运行人员培训，对于盘柜消失的信号，应及时汇报，并采取相应的措施，切实做好监盘工作。
3）完善跨接器控制电源开关及重要设备的标识，给运行操作人员以提示和警告。
4）加强二次回路功能的理解，如正确的励磁电压接线应该取至ZZ:1、ZZ:2端子，而不是ZZ:1、ZZ:3端子。
5）对于重要的二次回路，要充分利用定检机会，核查二次回的正确性，确保不会发生保护拒动或误动事件。