发电机并网前励磁升压中出现定子电流原因分析及对策

发电机并网前励磁升压中出现定子电流原因分析及对策

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。