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1  概況

    寺河瓦斯電站QDR20型燃氣發電機組是利用WJ6G1型燃氣輪機配套TF143/71-6型同步發電機進行工作的。
    燃氣發電機組的燃機控制系統是利用微機控制器實現核心控制，各種實時I/O參數全部輸入控制器，經過運算處理后，對機組進行運行控制，控制原理如圖1所示。

    斷路器控制電源采用了直流24V，勵磁系統的控制邏輯由于強化突出了控制器的功能，滅磁開關與發電機出口斷路器之間未建立可靠的邏輯關系。

2  事故現象

    2002年5月26日，1號燃氣發電機組在并網運行時，由于控制器接收到“緊急停車”信號，控制系統在執行“緊急停車”的操作過程中，將同時發出下面的操作指令：

    ①  關閉燃料調節閥；
    ②  關閉工作供氣電磁閥和防火電磁閥；
    ③  跳發電機出口斷路器；
    ④  跳發電機勵磁回路的滅磁開關。

以上的四條指令發出后，在控制臺觀察到了以下的現象：

    ①  光字牌“防火電磁閥”熄滅；
    ②  勵磁機勵磁電流迅速減小至0；
    ③  發電機勵磁電流迅速減小至0；
    ④  燃氣輪機排氣溫度迅速下降至200℃（正常運行時為400℃左右）以下；
    ⑤  燃氣輪機轉速下降至某一值（約為額定值的95%）繼續旋轉；
    ⑥  （發電機出口斷路器）合閘指示燈亮（未熄滅）；
    ⑦  發電機出口電壓有所下降。

    出現了以上現象后，運行人員迅速到高壓配電室手動斷開發電機出口斷路器，發電機組才停下來，但此時在控制室已聞到了焦糊味。

3  系統事故技術分析

    機組停機后，對機組的一二次系統進行了全面的檢查，發現勵磁柜和控制臺后的部分電纜已嚴重燒熔，粘在一起，勵磁柜內的滅磁電阻燒斷，在勵磁柜下面發現了一些滅磁電阻熔渣。經進一步檢查，發現微機控制器和PLC內部損毀。根據機組的上述事故信息，對機組事故情況下的運行工況作如下分析：

    (1)  控制器發出“緊急停車”命令后，防火電磁閥、工作供氣電磁閥、燃料調節閥和滅磁開關都依控制指令正確動作。“防火電磁閥開”光字牌熄滅說明防火電磁閥已關閉。燃氣輪機排氣溫度迅速下降至200℃以下說明燃氣輪機已無燃料供應熄火。發電機勵磁電流和勵磁機勵磁電流迅速下降至0說明滅磁開關已斷開，勵磁消失。
    (2)  合閘指示燈亮（未熄滅）說明發電機出口斷路器未依控制指令分閘。在燃氣輪機熄火和勵磁消失的情況下，發電機還未與系統解列，此時發電機必由同步發電狀態變為異步電動機狀態。這與控制臺上的發電機電壓有所下降和燃氣輪機轉速下降至額定值的95%繼續旋轉的現象相吻合。
    (3)  發電機能帶著燃氣輪機做異步電動機運行，是由于其轉子線圈和滅磁電阻構成了回路，該閉合回路在定子線圈產生的空間旋轉磁場中感應出感應電流，該感應電流與定子線圈的旋轉磁場作用產生電磁轉矩，拖動轉子旋轉。
    (4)  同步發電機變為異步電動機運行后，對機組造成的危害：同步發電機進入異步電動機運行狀態后，發電機的轉差率達3%～5%時，才能達到穩定異步運行的平衡點，由于轉子阻尼繞組的容量較小，在這樣的轉差率下運行阻尼繞組將有過流發熱而燒毀的危險。更為嚴重的是，額定值為1.6Ω、54A的滅磁電阻和發電機轉子線圈組成的閉合回路中在發電機做異步運行時將流過上百安的電流，這樣大的電流必將在滅磁電阻中產生很大的熱量使滅磁電阻熔斷，濺落的溶渣掉在長時過流已發燙變軟的二次電纜上，使二次電纜燒熔粘在一起，造成部分電纜短路，220V的交流電壓借助短路的二次電纜串入直流24V的燃機控制系統，燒損控制器和PLC。這時如果還不能及時將發電機與系統解列，將使設備事故升級為系統事故。

4  事故原因

    在對1號發電機柜進行檢查的過程中，發現斷路器分閘控制回路有兩處接線端子松動。該電站1號發電機柜斷路器的操作機構采用CD17B-Ⅱ型電磁操作機構。
    控制和分閘電源為直流24V，分閘線圈電阻1.3±0.1Ω，分閘電流18.5A，按照說明書及相關規程規定，操作電壓在65%～120%額定操作電壓范圍內，即通過分閘線圈的電流不小于12A時，操作機構應可靠動作，使斷路器分閘。
    通過試驗，把控制回路的接線端子擰松2～3扣，斷路器分閘線圈的端電壓最大可下降為18V，即通過線圈的電流為13.8A，在控制回路有兩處接線松動時，操作電壓可能下降更多，機構稍有卡澀，將不能可靠動作，這就是事故發生的根本原因。

5  控制系統改造方案

    (1)  將斷路器控制和分閘電源由直流24V改為直流220V，相應地更換分閘線圈和部分繼電器。查閱使用說明書可知，分閘線圈電阻為146Ω，分閘電流只有1.5A。這樣在分閘回路中即使有較大的電阻，分閘線圈的端電壓也不會下降太多，影響到斷路器的正確動作。
    (2)  改進勵磁回路的控制邏輯，在滅磁開關控制回路中，串入發電機出口斷路器的輔助接點，確保斷路器分閘的同時方能跳滅磁開關；增加滅磁開關與斷路器的連鎖關系，使滅磁開關分閘的同時連跳斷路器,避免了異步運行狀態的發生。
    (3)  增加發電機出口斷路器簡易失靈保護，如圖2所示，失靈保護可以使發電機意外出現異步運行狀態時，保證其從系統中隔離出來，縮小了事故范圍和危害。

    圖2中，GL―發電機開關柜隔離刀閘輔助接點；DL―發電機出口斷路器常開輔助接點；KM―滅磁開關常閉輔助接點；SJ―時間繼電器；ZJ―中間繼電器；TQ1―母聯開關的分閘線圈；TQ2―發電機所在母線的饋線開關的分閘線圈。
經過上述改造，提高了發電機斷路器的跳閘電壓，大大增加了跳閘成功的機率，而且也保證了發電機意外出現異步運行狀態時對機組的后備保護，避免了異步運行對發電機和控制系統的危害。在2003年12月7日的一次直流屏意外跳閘事故中，發電機緊急停機，但開關柜無控制電源無法跳閘，這時由于滅磁開關控制回路中串入了斷路器的輔助接點，滅磁開關無法動作，保證了機組的同步運行，避免了上述事故的發生。