摘要: 对350 MW 汽轮发电机组在并网前的励磁升压过程中，定子回路出现电流且发电机逆功率保护动作的故障现象进行研究。通过检查确定了故障原因：变压器做完直流电阻试验后没有进行必要的消磁，使得变压器铁芯发生严重磁化，过多的剩磁导致故障发生。文中还针对原因提出了相应的对策避免类似故障发生。
关键词: 汽轮发电机 零起升压 定子电流 逆功率保护 变压器剩磁
1 机组情况简介
某电厂#10机组装机容量300MW于2010年12月投产发电，发变组采用单元接线方式，主接线为双母线方式，励磁方式为机端自并励静止励磁方式，发变组保护采用国电南自公司生产的DGT801系列微机保护。
2 故障现象及处理过程
2015年 6月17日4 时45分，#10发电机在并网前励磁升压的过程中出现下列异常现象: ①运行人员合上灭磁开关，进行自动建压，在升压过程中定子电流指示: A 相2380 A、B相2370 A、C相3540 A，励磁电压最大升至102 V，励磁电流 902 A，DCS电气报警画面发“发电机逆功率保护t1”告警。②故障录波器、PMU装置采样均记录发电机定子电流突升，发电机出现有功功率。③发变组保护 A、B 屏均显示，发电机有功功率满足逆功率保护动作值，连续3次瞬发“#10 发电机逆功率保护t1”告警，未到达t2时间机组解列灭磁。④检查各装置及盘表电压、电流采样均正常，真实反映机端实际电压、电流量。⑤点击励磁调节系统“逆变”按钮，跳开灭磁开关，进行系统的全面检查，经测量发电机定子、转子均无异常，主变压器绝缘良好。
通过观察对照发变组保护及故障录波器录波波形发现: 建压过程中发电机三相定子电压正常且基本平衡，但发电机机端有电流且波形不规则，表现为明显的波形偏向时间轴的不对称性，最大励磁电流达到902.92A，与主变冲击时的励磁涌流、变压器过激磁波形类似。
3 出现发电机定子电流原因分析
导致发电机并网前出现较大定子电流的原因主要有以下三种：①一次回路如发电机定子、主变、励磁变、高厂变有短路故障，这种故障会伴有烧损、异味、冒烟等较为明显的现象，故障不会自动消失，不及时跳闸反而会扩大事故。从此次保护动作情况上看，连续3次瞬发“逆功率保护t1”告警，应不属于一次设备永久故障。在随后进行的发电机本体检查中，没有发现短路等异常现象，且发电机定子、转子、主变压器绝缘良好。②发电机过电压导致的励磁变、主变、高厂变过激磁，变压器铁芯的工作磁密升高导致其出现饱和，使得铁损增加，铁芯饱和还会使漏磁场增强，漏磁穿过铁芯表面和相应结构件中引起的涡流损耗也相应增加，引起发电机定子电流增加。出现这种情况的前提就是电压测量回路存在故障，在随后的检查中，未发现电压回路有任何异常情况，电压采样真实反映机端实际电压值。③由于变压器在做完直流电阻试验后，相关技术人员如果没有执行消磁作业，会导致大量剩余的磁场能量存储在变压器铁芯内。一旦这些剩磁与发电机励磁相叠加，就会发生如下情况：铁芯励磁与磁场方向一致的半波饱和，与磁场方向相反的半波不饱和。这种情况的发生动态地改变了等效电路电感参数，引起变压器过电压、过激磁，使发电机定子出现了感生电流。这种情况都发生在变压器检修、试验、改造或励磁系统改造之后。
经过核实，该电厂在2015年6月10日对主变进行电气预防性试验，其中试验项目就有直流电阻试验。查阅试验记录，主变做完直流电阻试验没有进行必要的去磁，使得变主变铁芯发生磁化存在比较严重的剩磁。电力变压器绕组直流电阻测试后，会在铁心中残留剩磁。一般说来，直流磁化的安匝愈大，剩磁愈严重。当机组进行自动升压至95％Un，出现较大定子电流，且波形与变压器过激磁波形相似。通过以上分析，此次发电机侧定子电流异常是由发变组变压器过激磁现象引起的，发电机的定子电流此时为主变和高厂变激磁电流之和，因此属于第三种情况。
4 逆功率保护动作分析
逆功率保护整定内容：通常，在此取，即
，取
--发电机二次额定功率，--发电机PT变比 ，--发电机CT变比。
动作延时：发信号延时，解列灭磁延时
因#10发电机在励磁升压过程中出现较大定子电流，从保护装置动作报文里看出，三次逆功率保护动作参数P均≦-4W，且动作延时1.0s≦t≦60s，逆功率t1保护正确动作发信号报警，未到达t2时间机组解列灭磁。
5 整改对策
主变、高厂变发生过激磁的危害很大，表现在以下几个方面：①变压器的空载损耗增加；②涌流大于空载电流，会产生较大的机械力，损坏变压器；③变压器铁芯深度饱和，铁芯温升增加，容易引起铁芯局部过热，烧毁变压器；④过激磁的同时还会伴有过电压，对变压器的绝缘造成危害；⑤过激磁时造成发电机定子电流中含有较大的负序分量，负序电流在转子中感应出100Hz的倍频转子电流，使得转子绕组发热，易引起转子过热甚至烧毁；同时，负序电流能引起发电机组产生振动。
为了避免再发生类似情况，建议机组在检修或者停备中进行变压器电气预防性试验项目(如直流电阻试验) 后，发电机励磁升压应选择零起升压的方式，而不采用自动升压至额定电压。采取发电机励磁零起升压后并网的方式，升压过程中，已经是对变压器进行了去磁和对磁势的抵消，从而避免了机组因剩磁导致定子电流突增、发变组保护动作现象的发生。发电机升压过程中，如发现可控硅全导通导致定子电压失控或定子电流增大时，应立即对发电机进行灭磁。
具体步骤如下：
1) 锅炉点火，汽机凝汽系统抽真空，发电机及励磁系统转为热备用。
2) 汽机冲转，检查发电机保护均已投运，励磁功率柜投运。
3) 变压器保护必须完整并可靠投入，中性点必须接地。
4) 发电机起励升压前应合上主变220 kVI( II) 母线隔离开关。
5) 升压前应调出有关DCS画面，确认相关断路器、隔离开关的状态符合要求。
6) 汽轮机3000转定速，合上灭磁开关。
7) 调节励磁系统，发电机开始零起升压，升压过程中定子三相电压应平衡上升，三相电流为零，在发电机定子电压为额定值的50%及全电压情况下，应测量到定子三相电压平衡。
8) 零起升压速率不要过快，在20%Un、50% Un、80% Un处应做停留，无问题后再将发电机定子电压升至额定电压。
9) 调节器升压至空载输出值时，核对发电机定子电压在额定值位置，并记录调节器电流、电压值。
10)发电机升压过程中，如发现定子电流增大或可控硅全导通导致定子电压失控时，应立即对发电机进行灭磁。
11)发电机并网后，首先应增加部分无功(一般约5 MVar左右) ，观察三相定子电流是否平衡，并通过相关信号综合分析，确保发变组出口断路器三相均合闸良好。
6 结束语
发电机启动过程中出现定子电流异常增大现象时，应认真分析、检查，首先确保发电机、主变、高厂变等一次设备无短路、绝缘低等故障，通过相应的录波文件、保护动作情况进行综合分析，及时找出原因进行处理，缩短机组并网的时间。本文详细阐明了发电机并网前出现较大定子电流主要的三种情况，并确定某电厂#10发电机并网前出现定子电流的原因为变压器测量直流电阻后未进行相应的消磁。利用发电机零起升压后并网的方式，动态的将变压器进行去磁，简单方便。同时在发变组零起升压过程中，密切注意升压励磁电流变化情况是否正常，否则应及时停止发电机励磁升压，查明原因，防止出现扩大性事故，保证发变组顺利并网。
文献参考：
[1] 程战斌．变压器剩磁对发电机启动过程的影响与消除[J]．陕西电力，2011(2):19-21.
[2] 寇海荣，王新中，史明彪．变压器直流电阻试验后剩磁影响及对策[J]．山西电力，2011(6):9-11.