Unitrol 5000勵(lì)磁系統(tǒng)幾種常見故障分析和處理

任曉駿，梁雪華，冷 軍

（浙能長興發(fā)電有限公司，浙江 長興 313100）

浙能長興發(fā)電有限公司（4×300 MW機(jī)組）配備4套ABB公司生產(chǎn)的Unitrol 5000系列靜態(tài)（自并勵(lì)）勵(lì)磁系統(tǒng)，由勵(lì)磁變、勵(lì)磁調(diào)節(jié)器、可控硅整流器單元、起勵(lì)單元、滅磁單元等組成。其中勵(lì)磁調(diào)節(jié)器采取雙通道的結(jié)構(gòu)，通道主要由主控板（COB）和測量單元板（MUB）構(gòu)成，每個(gè)通道含有勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)、發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓調(diào)節(jié)、勵(lì)磁系統(tǒng)監(jiān)測、保護(hù)功能，形成一個(gè)獨(dú)立的處理系統(tǒng)。

Unitrol 5000勵(lì)磁系統(tǒng)具有響應(yīng)速度快，調(diào)節(jié)精度高，保護(hù)功能完善，結(jié)構(gòu)緊湊，抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。然而在使用過程也曾出現(xiàn)過一些問題，如電源模塊、冷卻系統(tǒng)等故障，若處理不當(dāng)則會(huì)影響勵(lì)磁系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

1 電源模塊故障

1.1 勵(lì)磁系統(tǒng)電源配置

Unitrol 5000勵(lì)磁系統(tǒng)DC24V控制電源取自于2個(gè)全冗余電源模塊：由直流源供電的DC/DC直流電源模塊G15；由勵(lì)磁變壓器的副邊供電的AC/DC交流電源模塊G05。

這2個(gè)電源模塊并聯(lián)輸至出DC24V電源端子，每路均具有回路監(jiān)視功能。主要?jiǎng)?lì)磁控制單元，如主控板、測量板等，均直接從DC24V端子上取電。而包括輸入輸出信號(hào)回路在內(nèi)的其他需要使用DC24V電源的單元，則經(jīng)具有短路保護(hù)功能的小型熔斷器后供電，從而保證該單元出現(xiàn)故障后不對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的總體運(yùn)行產(chǎn)生影響。

1.2 故障分析

某日3號(hào)機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器直流、交流輔助電源模塊G05與G15分別告警，在線更換電源模塊時(shí)，因電源短路引起勵(lì)磁調(diào)節(jié)器失電，進(jìn)而引發(fā)機(jī)組跳閘。

1.3 改進(jìn)建議

據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，電源模塊的故障概率會(huì)高于其他卡件，因此在線更換電源模塊無法避免。為降低在線更換電源模塊風(fēng)險(xiǎn)，可在兩路電源輸出回路分別增加空氣開關(guān)Q05′與Q15′。當(dāng)電源模塊故障時(shí)，關(guān)注電源模塊的故障指示燈并測量輸出電流以確認(rèn)故障電源，然后通過空氣開關(guān)將故障電源完全隔離后再進(jìn)行更換，新安裝的空氣開關(guān)輔助接點(diǎn)可接入原空氣開關(guān)監(jiān)視報(bào)警回路，修改后接線見圖1。

圖1 直流輸出回路串入空氣開關(guān)

2 冷卻系統(tǒng)故障

2.1 冷卻系統(tǒng)配置

冷卻系統(tǒng)采用交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的離心風(fēng)機(jī)為可控硅散熱器提供強(qiáng)迫風(fēng)冷。離心式風(fēng)機(jī)安裝在風(fēng)機(jī)盒內(nèi)，便于拆裝。為確保整流柜可靠運(yùn)行，一般選用雙機(jī)冗余的強(qiáng)迫風(fēng)冷方式。正常運(yùn)行方式為主風(fēng)機(jī)M1與M2運(yùn)行，當(dāng)主風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，出風(fēng)口擋板會(huì)自動(dòng)掉下，接通擋板位置開關(guān)接點(diǎn)S1與S2，將風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)反饋給控制器去啟動(dòng)備用風(fēng)機(jī)M3與M4。

2.2 冷卻系統(tǒng)常見故障

因運(yùn)行環(huán)境較差，冷卻系統(tǒng)在運(yùn)行中曾多次發(fā)生故障，較典型故障有：濾網(wǎng)堵塞、電源切換繼電器接點(diǎn)接觸不良、風(fēng)扇電機(jī)燒毀、風(fēng)機(jī)出力不足、出風(fēng)口擋板轉(zhuǎn)軸卡澀等。這些故障輕則造成起勵(lì)失敗、整流柜退出運(yùn)行，重則導(dǎo)致機(jī)組跳閘停機(jī)。所以，必須加強(qiáng)勵(lì)磁冷卻系統(tǒng)的日常維護(hù)及試驗(yàn)，以便及早發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患，降低事故發(fā)生概率。

2.3 冷卻系統(tǒng)的日常維護(hù)

由于冷卻風(fēng)扇口空氣對(duì)流強(qiáng)烈，整流柜進(jìn)風(fēng)口處往往積灰嚴(yán)重，因此需加強(qiáng)清掃，同時(shí)根據(jù)小室清潔程度，定期對(duì)濾網(wǎng)檢查清掃。在日常巡檢中，應(yīng)注意風(fēng)扇的異常噪音。由于無法對(duì)軸承進(jìn)行潤滑，可待停機(jī)檢修時(shí)對(duì)噪音變大的風(fēng)機(jī)進(jìn)行更換。3號(hào)機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器2號(hào)整流柜曾出現(xiàn)風(fēng)機(jī)出力不足、起勵(lì)時(shí)需拆除濾網(wǎng)后主風(fēng)扇才能正常啟動(dòng)的情況，而在打開柜門后風(fēng)扇啟動(dòng)又正常，無法確認(rèn)故障風(fēng)扇，此時(shí)可用一小擋板遮住某一風(fēng)扇進(jìn)風(fēng)口，模擬帶濾網(wǎng)運(yùn)行，從而確認(rèn)故障風(fēng)扇。

如運(yùn)行中出現(xiàn)風(fēng)機(jī)故障需在線更換，應(yīng)在負(fù)荷較低時(shí)進(jìn)行，以降低正常工作的整流柜負(fù)載。更換時(shí)可直接將風(fēng)機(jī)盒上插頭拔除，故障風(fēng)扇所在整流柜會(huì)自動(dòng)退出運(yùn)行，將風(fēng)機(jī)盒抽出整流柜后可對(duì)故障風(fēng)機(jī)進(jìn)行更換。

2.4 冷卻系統(tǒng)風(fēng)機(jī)試驗(yàn)

（1）合上勵(lì)磁冷卻系統(tǒng)備用電源空氣開關(guān)。

（2）通過查找軟件圖模塊SP-151，確認(rèn)風(fēng)扇輔助電源投入?yún)?shù)（通常是817），將該參數(shù)置1，合上風(fēng)扇備用電源切換繼電器K16。

（3）將整流橋風(fēng)機(jī)測試選擇參數(shù)521設(shè)為9（9表示測試所有整流橋的主風(fēng)機(jī)），如果選擇1則代表測試整流橋1的風(fēng)機(jī)，2代表測試整流橋2的風(fēng)機(jī)，以此類推。

依靠科技進(jìn)步提升國家整體競爭力是新時(shí)期我國重要發(fā)展戰(zhàn)略之一，要實(shí)現(xiàn)科技進(jìn)步這一戰(zhàn)略目標(biāo)，必須要依托企業(yè)技術(shù)的進(jìn)步。但當(dāng)前，我國很多企業(yè)仍然缺乏核心技術(shù)，一些關(guān)鍵技術(shù)還無法做到自給。針對(duì)這種現(xiàn)狀，必須要制定能夠激發(fā)企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新動(dòng)力和活力的財(cái)稅激勵(lì)政策，通過財(cái)政補(bǔ)貼支持和稅收優(yōu)惠，為企業(yè)提供強(qiáng)有力的支撐，逐步提升我國企業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新能力，實(shí)現(xiàn)科技強(qiáng)國的戰(zhàn)略目標(biāo)。

（4）將風(fēng)機(jī)測試參數(shù)5511設(shè)為12502，啟動(dòng)所有整流橋主風(fēng)機(jī)。

（5）打開整流柜的門，分別關(guān)掉主風(fēng)機(jī)的電源，此時(shí)風(fēng)機(jī)應(yīng)自動(dòng)切換到備用風(fēng)機(jī)運(yùn)行。

（6）送上主風(fēng)機(jī)電源，就地復(fù)歸，備用風(fēng)機(jī)應(yīng)停運(yùn)，主風(fēng)機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)。

（7）恢復(fù)修改過的各參數(shù)，斷開控制電源重新上電。

3 勵(lì)磁變溫度保護(hù)故障

3.1 故障分析

某日3號(hào)發(fā)變組跳閘，經(jīng)檢查3號(hào)勵(lì)磁變T154智能溫控器顯示A相繞組超溫跳閘。經(jīng)再次確認(rèn)，勵(lì)磁變繞組測溫元件正常，系T154智能溫控器故障直接出口通過發(fā)變組保護(hù)使3號(hào)發(fā)變組全停。

3號(hào)勵(lì)磁變由變壓器柜上的的智能溫控器T154實(shí)現(xiàn)溫度保護(hù)，當(dāng)繞組溫度升高到150℃時(shí)T154溫控器跳閘接點(diǎn)閉合，通過發(fā)變組保護(hù)出口全停3號(hào)發(fā)變組。事故后經(jīng)測試，該智能溫控器上溫度測量值經(jīng)常會(huì)自行上升，而此時(shí)勵(lì)磁變溫度正常，感溫元件PT100阻值也正常。因此，智能溫控器T154本身的故障是造成此次事故的直接原因。

3.2 改進(jìn)建議

勵(lì)磁變溫度保護(hù)通常采用以下2種方式：

（1）通過勵(lì)磁調(diào)節(jié)器內(nèi)部邏輯判斷勵(lì)磁變是否超溫。勵(lì)磁變通過Pt-100鉑熱電阻將溫度模擬量輸送到勵(lì)磁變監(jiān)視模塊，當(dāng)有一相溫度超過報(bào)警值1022或跳閘定值1023時(shí)，勵(lì)磁變將發(fā)報(bào)警信號(hào)或跳閘信號(hào)，當(dāng)某一相溫度溫升率大于100℃/s時(shí)，將發(fā)出模擬量故障報(bào)警，同時(shí)閉鎖溫度保護(hù)出口。

勵(lì)磁變監(jiān)視模塊中溫度保護(hù)閉鎖條件單一，只有溫升率閉鎖，而且溫升率設(shè)定值靈敏度較低，故障時(shí)溫度變化緩慢則無法閉鎖出口，該溫升率定值為軟件內(nèi)固定值，無法修改。由此可見，勵(lì)磁變溫度保護(hù)邏輯較為簡單，故障時(shí)容易造成保護(hù)誤動(dòng)出口跳閘。

（2）在勵(lì)磁變本體上裝有溫控器，溫控器直接出口啟動(dòng)發(fā)變組非電量保護(hù)。從故障分析可以看出，溫控器的可靠性較差，而且沒有任何閉鎖手段，也易造成保護(hù)誤動(dòng)出口。

可見，上述2種保護(hù)方式均存在一定隱患。因勵(lì)磁變本體還有1組備用感溫電阻，可將2組感溫電阻均引入分散控制系統(tǒng)（DCS），由DCS實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁變溫度保護(hù)：當(dāng)勵(lì)磁變繞組任一相2個(gè)溫度點(diǎn)均超過150℃時(shí)，DCS發(fā)出跳閘信號(hào)通過發(fā)變組保護(hù)出口跳閘?？紤]到測溫回路異常的閉鎖，勵(lì)磁變溫度可設(shè)溫升率保護(hù)（參數(shù)設(shè)置為10℃/s）和壞點(diǎn)保護(hù)，當(dāng)溫升過快或?yàn)閴闹禃r(shí)溫度保護(hù)不動(dòng)作。

4 日常運(yùn)行維護(hù)需注意2個(gè)問題

（1）勵(lì)磁系統(tǒng)采用現(xiàn)場總線控制模式，各通道之間、調(diào)節(jié)器與功率柜之間均通過現(xiàn)場總線進(jìn)行聯(lián)系，因此現(xiàn)場總線插件的松動(dòng)會(huì)嚴(yán)重影響勵(lì)磁系統(tǒng)的正常工作。處理方法是：可在勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)靜態(tài)試驗(yàn)時(shí)輕敲插件拉手，一旦插件松動(dòng)，必然會(huì)引起輸出上下波動(dòng)。如果是元件虛焊引起的松動(dòng)，需加焊牢固。而針對(duì)插件插座引起的松動(dòng)情況，可在插件的銅箔上涂一層薄錫，這樣既可防止銅箔氧化，又增加了插件與插座接觸的緊密程度。

（2）發(fā)電廠滅磁開關(guān)燒毀事故時(shí)有發(fā)生，因此在勵(lì)磁系統(tǒng)定檢時(shí)應(yīng)重視滅磁開關(guān)的檢修維護(hù)工作，內(nèi)容應(yīng)包括：開關(guān)滅弧室清掃；開關(guān)觸頭檢查；操作機(jī)構(gòu)檢查、加油；母線接頭檢查；各線圈直流電阻、動(dòng)作電壓以及開關(guān)絕緣電阻等的測試。另外，由于滅磁開關(guān)儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)傳動(dòng)齒輪為塑料件，長時(shí)間使用后容易老化斷裂，使開關(guān)無法正常儲(chǔ)能。據(jù)了解，ABB所有低壓開關(guān)儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)為通用配件，建議增加儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)備品，故障時(shí)可直接進(jìn)行更換。

5 結(jié)語

勵(lì)磁系統(tǒng)對(duì)發(fā)電機(jī)甚至電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行有很大的影響。Unitrol 5000勵(lì)磁系統(tǒng)總體運(yùn)行穩(wěn)定，其核心部件如調(diào)節(jié)器、整流元件等具有較高的可靠性，但在輔助設(shè)備的選用及內(nèi)部保護(hù)邏輯的判斷上還存在著一些問題，對(duì)機(jī)組的安全運(yùn)行產(chǎn)生了一定的影響。針對(duì)系統(tǒng)一些易發(fā)生故障進(jìn)行了分析研究，并提出了改進(jìn)意見，將提高勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

[1]竺士章.發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)試驗(yàn)[M].北京：中國電力出版社，2005.