1  概况

    寺河瓦斯电站QDR20型燃气发电机组是利用WJ6G1型燃气轮机配套TF143/71-6型同步发电机进行工作的。
    燃气发电机组的燃机控制系统是利用微机控制器实现核心控制，各种实时I/O参数全部输入控制器，经过运算处理后，对机组进行运行控制，控制原理如图1所示。

    断路器控制电源采用了直流24V，励磁系统的控制逻辑由于强化突出了控制器的功能，灭磁开关与发电机出口断路器之间未建立可靠的逻辑关系。

2  事故现象

    2002年5月26日，1号燃气发电机组在并网运行时，由于控制器接收到“紧急停车”信号，控制系统在执行“紧急停车”的操作过程中，将同时发出下面的操作指令：

    ①  关闭燃料调节阀；
    ②  关闭工作供气电磁阀和防火电磁阀；
    ③  跳发电机出口断路器；
    ④  跳发电机励磁回路的灭磁开关。

以上的四条指令发出后，在控制台观察到了以下的现象：

    ①  光字牌“防火电磁阀”熄灭；
    ②  励磁机励磁电流迅速减小至0；
    ③  发电机励磁电流迅速减小至0；
    ④  燃气轮机排气温度迅速下降至200℃（正常运行时为400℃左右）以下；
    ⑤  燃气轮机转速下降至某一值（约为额定值的95%）继续旋转；
    ⑥  （发电机出口断路器）合闸指示灯亮（未熄灭）；
    ⑦  发电机出口电压有所下降。

    出现了以上现象后，运行人员迅速到高压配电室手动断开发电机出口断路器，发电机组才停下来，但此时在控制室已闻到了焦糊味。

3  系统事故技术分析

    机组停机后，对机组的一二次系统进行了全面的检查，发现励磁柜和控制台后的部分电缆已严重烧熔，粘在一起，励磁柜内的灭磁电阻烧断，在励磁柜下面发现了一些灭磁电阻熔渣。经进一步检查，发现微机控制器和PLC内部损毁。根据机组的上述事故信息，对机组事故情况下的运行工况作如下分析：

    (1)  控制器发出“紧急停车”命令后，防火电磁阀、工作供气电磁阀、燃料调节阀和灭磁开关都依控制指令正确动作。“防火电磁阀开”光字牌熄灭说明防火电磁阀已关闭。燃气轮机排气温度迅速下降至200℃以下说明燃气轮机已无燃料供应熄火。发电机励磁电流和励磁机励磁电流迅速下降至0说明灭磁开关已断开，励磁消失。
    (2)  合闸指示灯亮（未熄灭）说明发电机出口断路器未依控制指令分闸。在燃气轮机熄火和励磁消失的情况下，发电机还未与系统解列，此时发电机必由同步发电状态变为异步电动机状态。这与控制台上的发电机电压有所下降和燃气轮机转速下降至额定值的95%继续旋转的现象相吻合。
    (3)  发电机能带着燃气轮机做异步电动机运行，是由于其转子线圈和灭磁电阻构成了回路，该闭合回路在定子线圈产生的空间旋转磁场中感应出感应电流，该感应电流与定子线圈的旋转磁场作用产生电磁转矩，拖动转子旋转。
    (4)  同步发电机变为异步电动机运行后，对机组造成的危害：同步发电机进入异步电动机运行状态后，发电机的转差率达3%～5%时，才能达到稳定异步运行的平衡点，由于转子阻尼绕组的容量较小，在这样的转差率下运行阻尼绕组将有过流发热而烧毁的危险。更为严重的是，额定值为1.6Ω、54A的灭磁电阻和发电机转子线圈组成的闭合回路中在发电机做异步运行时将流过上百安的电流，这样大的电流必将在灭磁电阻中产生很大的热量使灭磁电阻熔断，溅落的溶渣掉在长时过流已发烫变软的二次电缆上，使二次电缆烧熔粘在一起，造成部分电缆短路，220V的交流电压借助短路的二次电缆串入直流24V的燃机控制系统，烧损控制器和PLC。这时如果还不能及时将发电机与系统解列，将使设备事故升级为系统事故。

4  事故原因

    在对1号发电机柜进行检查的过程中，发现断路器分闸控制回路有两处接线端子松动。该电站1号发电机柜断路器的操作机构采用CD17B-Ⅱ型电磁操作机构。
    控制和分闸电源为直流24V，分闸线圈电阻1.3±0.1Ω，分闸电流18.5A，按照说明书及相关规程规定，操作电压在65%～120%额定操作电压范围内，即通过分闸线圈的电流不小于12A时，操作机构应可靠动作，使断路器分闸。
    通过试验，把控制回路的接线端子拧松2～3扣，断路器分闸线圈的端电压最大可下降为18V，即通过线圈的电流为13.8A，在控制回路有两处接线松动时，操作电压可能下降更多，机构稍有卡涩，将不能可靠动作，这就是事故发生的根本原因。

5  控制系统改造方案

    (1)  将断路器控制和分闸电源由直流24V改为直流220V，相应地更换分闸线圈和部分继电器。查阅使用说明书可知，分闸线圈电阻为146Ω，分闸电流只有1.5A。这样在分闸回路中即使有较大的电阻，分闸线圈的端电压也不会下降太多，影响到断路器的正确动作。
    (2)  改进励磁回路的控制逻辑，在灭磁开关控制回路中，串入发电机出口断路器的辅助接点，确保断路器分闸的同时方能跳灭磁开关；增加灭磁开关与断路器的连锁关系，使灭磁开关分闸的同时连跳断路器,避免了异步运行状态的发生。
    (3)  增加发电机出口断路器简易失灵保护，如图2所示，失灵保护可以使发电机意外出现异步运行状态时，保证其从系统中隔离出来，缩小了事故范围和危害。

    图2中，GL―发电机开关柜隔离刀闸辅助接点；DL―发电机出口断路器常开辅助接点；KM―灭磁开关常闭辅助接点；SJ―时间继电器；ZJ―中间继电器；TQ1―母联开关的分闸线圈；TQ2―发电机所在母线的馈线开关的分闸线圈。
经过上述改造，提高了发电机断路器的跳闸电压，大大增加了跳闸成功的机率，而且也保证了发电机意外出现异步运行状态时对机组的后备保护，避免了异步运行对发电机和控制系统的危害。在2003年12月7日的一次直流屏意外跳闸事故中，发电机紧急停机，但开关柜无控制电源无法跳闸，这时由于灭磁开关控制回路中串入了断路器的辅助接点，灭磁开关无法动作，保证了机组的同步运行，避免了上述事故的发生。