1  概況

    寺河瓦斯電站QDR20型燃氣發(fā)電機組是利用WJ6G1型燃氣輪機配套TF143/71-6型同步發(fā)電機進行工作的。
    燃氣發(fā)電機組的燃機控制系統(tǒng)是利用微機控制器實現(xiàn)核心控制，各種實時I/O參數(shù)全部輸入控制器，經(jīng)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(tǒng)的控制邏輯由于強化突出了控制器的功能，滅磁開關與發(fā)電機出口斷路器之間未建立可靠的邏輯關系。

2  事故現(xiàn)象

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

    ①  關閉燃料調(diào)節(jié)閥；
    ②  關閉工作供氣電磁閥和防火電磁閥；
    ③  跳發(fā)電機出口斷路器；
    ④  跳發(fā)電機勵磁回路的滅磁開關。

以上的四條指令發(fā)出后，在控制臺觀察到了以下的現(xiàn)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(fā)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(zhuǎn)速下降至某一值（約為額定值的95%）繼續(xù)旋轉(zhuǎn)；
    ⑥  （發(fā)電機出口斷路器）合閘指示燈亮（未熄滅）；
    ⑦  發(fā)電機出口電壓有所下降。

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

3  系統(tǒng)事故技術分析

    機組停機后，對機組的一二次系統(tǒng)進行了全面的檢查，發(fā)現(xiàn)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(nèi)的滅磁電阻燒斷，在勵磁柜下面發(fā)現(xiàn)了一些滅磁電阻熔渣。經(jīng)進一步檢查，發(fā)現(xiàn)微機控制器和PLC內(nèi)部損毀。根據(jù)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(fā)出“緊急停車”命令后，防火電磁閥、工作供氣電磁閥、燃料調(diào)節(jié)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(fā)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(fā)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(fā)電機還未與系統(tǒng)解列，此時發(fā)電機必由同步發(fā)電狀態(tài)變?yōu)楫惒诫妱訖C狀態(tài)。這與控制臺上的發(fā)電機電壓有所下降和燃氣輪機轉(zhuǎn)速下降至額定值的95%繼續(xù)旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象相吻合。
    (3)  發(fā)電機能帶著燃氣輪機做異步電動機運行，是由于其轉(zhuǎn)子線圈和滅磁電阻構成了回路，該閉合回路在定子線圈產(chǎn)生的空間旋轉(zhuǎn)磁場中感應出感應電流，該感應電流與定子線圈的旋轉(zhuǎn)磁場作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，拖動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。
    (4)  同步發(fā)電機變?yōu)楫惒诫妱訖C運行后，對機組造成的危害：同步發(fā)電機進入異步電動機運行狀態(tài)后，發(fā)電機的轉(zhuǎn)差率達3%～5%時，才能達到穩(wěn)定異步運行的平衡點，由于轉(zhuǎn)子阻尼繞組的容量較小，在這樣的轉(zhuǎn)差率下運行阻尼繞組將有過流發(fā)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(fā)電機轉(zhuǎn)子線圈組成的閉合回路中在發(fā)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(chǎn)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(fā)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(tǒng)，燒損控制器和PLC。這時如果還不能及時將發(fā)電機與系統(tǒng)解列，將使設備事故升級為系統(tǒng)事故。

4  事故原因

    在對1號發(fā)電機柜進行檢查的過程中，發(fā)現(xiàn)斷路器分閘控制回路有兩處接線端子松動。該電站1號發(fā)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(guī)程規(guī)定，操作電壓在65%～120%額定操作電壓范圍內(nèi)，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(fā)生的根本原因。

5  控制系統(tǒng)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(fā)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(tài)的發(fā)生。
    (3)  增加發(fā)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(fā)電機意外出現(xiàn)異步運行狀態(tài)時，保證其從系統(tǒng)中隔離出來，縮小了事故范圍和危害。

    圖2中，GL―發(fā)電機開關柜隔離刀閘輔助接點；DL―發(fā)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(lián)開關的分閘線圈；TQ2―發(fā)電機所在母線的饋線開關的分閘線圈。
經(jīng)過上述改造，提高了發(fā)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(fā)電機意外出現(xiàn)異步運行狀態(tài)時對機組的后備保護，避免了異步運行對發(fā)電機和控制系統(tǒng)的危害。在2003年12月7日的一次直流屏意外跳閘事故中，發(fā)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(fā)生。