發(fā)電機(jī)微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)波動(dòng)的分析與處理

摘要：隨著電力系統(tǒng)的迅速發(fā)展，對(duì)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)性能以及運(yùn)行可靠性提出了更高的要求。計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制理論、電力電子技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)逐漸趨向于成熟、穩(wěn)定、可靠，成為火電廠的首選方案，逐漸在大型汽輪發(fā)電機(jī)組中推廣應(yīng)用。但在實(shí)際生產(chǎn)過程中，微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)也會(huì)出現(xiàn)一些新的故障現(xiàn)象，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員的技術(shù)水平提出了更高的要求。本文介紹了一起微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)異常波動(dòng)的現(xiàn)象、原因以及分析處理方法，希望為遇到同樣問題的專業(yè)人士提供一個(gè)解決問題的思路。

關(guān)鍵詞：參數(shù)；分析；處理

一、引言

某廠一臺(tái)220WM發(fā)電機(jī)組投產(chǎn)于2005年，為汽輪發(fā)電機(jī)組，采用自并激可控硅微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)。該勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用的是GES3000型微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置?，F(xiàn)場(chǎng)接線方式如圖一所示。

GES3000型微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)將發(fā)電機(jī)機(jī)端三相電壓和三相電流，轉(zhuǎn)子電流和轉(zhuǎn)子電壓等信號(hào)，通過信號(hào)測(cè)量回路將信號(hào)隔離并處理，經(jīng)高速、高分辨率A/D實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換，輸入到CPU中，經(jīng)交流量采集算法及數(shù)字濾波實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集。調(diào)節(jié)器根據(jù)測(cè)量到的機(jī)端電壓，有功功率、無功功率和勵(lì)磁電壓，電流等，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁的控制，使機(jī)端電壓維持在恒定值。調(diào)節(jié)器具有機(jī)端電壓和勵(lì)磁電流兩種閉環(huán)控制運(yùn)行方式，以及觸發(fā)角控制的開環(huán)運(yùn)行方式。

該微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用了現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和智能化的設(shè)計(jì)思想，改變了傳統(tǒng)勵(lì)磁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)信息交互方式，大大簡(jiǎn)化了勵(lì)磁設(shè)備之間的連接，增大了數(shù)據(jù)和信號(hào)的傳遞，節(jié)省了聯(lián)接電纜，使設(shè)備可靠性得到提高，維護(hù)更加容易。同時(shí)，系統(tǒng)配備了兩套完全相同、獨(dú)立的A、B調(diào)節(jié)器主機(jī)，A、B兩套系統(tǒng)之間采用通信網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高。雙通道控制系統(tǒng)間的通信更全面而真實(shí)，系統(tǒng)的冗余度和可靠性更高。A、B調(diào)節(jié)器主機(jī)采用主備運(yùn)行方式，可以實(shí)現(xiàn)兩套調(diào)節(jié)器主機(jī)間的無縫切換。調(diào)節(jié)器主機(jī)采用交、直流雙重供電系統(tǒng)及進(jìn)口工業(yè)電源，提高供電可靠性。采用高性能處理器和高速、高分辨率的A＼D轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)每周波24點(diǎn)采樣，結(jié)合專用的測(cè)量PT，CT，及數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）進(jìn)行交流量采樣計(jì)算，保證了測(cè)量的高精度及響應(yīng)速度。

二、工作原理

GES3000微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置將發(fā)電機(jī)機(jī)端三相電壓和三相電流，轉(zhuǎn)子電流和轉(zhuǎn)子電壓等信號(hào)，通過信號(hào)測(cè)量回路將信號(hào)隔離并處理，經(jīng)高速、高分辨率A/D實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換，輸入到CPU中，經(jīng)交流量采集算法及數(shù)字濾波實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集。調(diào)節(jié)器根據(jù)測(cè)量到的機(jī)端電壓，有功功率、無功功率和勵(lì)磁電壓，電流等，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁的控制，使機(jī)端電壓維持在恒定值。

調(diào)節(jié)器具有機(jī)端電壓和勵(lì)磁電流兩種閉環(huán)控制運(yùn)行方式，以及觸發(fā)角控制的開環(huán)運(yùn)行方式。

正常運(yùn)行時(shí)，調(diào)節(jié)器按機(jī)端電壓進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，并對(duì)各種工況進(jìn)行實(shí)時(shí)限制判別、故障檢測(cè)、錄波等工作，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，自動(dòng)轉(zhuǎn)換到限制功能，或切換到備用通道，并進(jìn)行異常或故障報(bào)警。在雙通道雙重控制情況下，備用通道自動(dòng)實(shí)現(xiàn)跟蹤主通道的控制調(diào)節(jié)量、主要工況和狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)無擾動(dòng)的切換

三、事件經(jīng)過

2014年8月2日，發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)行，有功負(fù)荷153MW，無功負(fù)荷30MVAR。微機(jī)交流勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)A套主機(jī)運(yùn)行，B套主機(jī)跟蹤A套主機(jī)同步在線運(yùn)行。

17：05，發(fā)電機(jī)DCS顯示有功功率、無功功率、轉(zhuǎn)子電流、轉(zhuǎn)子電壓、勵(lì)磁變低壓側(cè)電流出現(xiàn)有規(guī)律的異常波動(dòng)。其中無功功率波動(dòng)幅度較大，最大波動(dòng)幅值達(dá)到了30MVAR左右?，F(xiàn)場(chǎng)檢查勵(lì)磁變壓器、微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器和整流柜無任何異常報(bào)警發(fā)出，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器主機(jī)仍然維持A套運(yùn)行。微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器控制柜、整流柜各參數(shù)與DCS顯示數(shù)據(jù)同步擺動(dòng)。

維護(hù)人員初步判斷微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器A套主機(jī)出現(xiàn)異常，立即手動(dòng)將發(fā)電機(jī)組微機(jī)勵(lì)磁調(diào)機(jī)器主機(jī)由A套切換到B套運(yùn)行。切換后，機(jī)組各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)恢復(fù)穩(wěn)定，機(jī)組恢復(fù)正常運(yùn)行。

四、原因分析

維護(hù)人員利用隨后的機(jī)組調(diào)停時(shí)機(jī)，對(duì)機(jī)組微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行了認(rèn)真、細(xì)致的檢查，沒有發(fā)現(xiàn)明顯的故障點(diǎn)和異?，F(xiàn)象。

GES3000型微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置包括兩套完全相同的主機(jī)控制器，每套主機(jī)控制器包括：主機(jī)板、電源系統(tǒng)、采樣板、液晶顯示板和數(shù)字脈沖形成及放大板。如圖二所示：

維護(hù)人員考慮到電子元器件具有一定的使用壽命，而該機(jī)組微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)已經(jīng)投入運(yùn)行7年多，主機(jī)內(nèi)部的電路板、插件均未更換過。經(jīng)過研究，維護(hù)人員決定對(duì)A套主機(jī)控制器的部分插件進(jìn)行更換。共更換了數(shù)據(jù)采集板、脈沖形成板兩塊插件板。主機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖三所示。

為了檢驗(yàn)A套主機(jī)更換插件后的實(shí)際運(yùn)行效果，我們?nèi)匀皇褂肁套主機(jī)完成了發(fā)電機(jī)組的起勵(lì)、升壓、并網(wǎng)工作。各項(xiàng)操作指令均順利完成，A套主機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，#8發(fā)電機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定。

投入運(yùn)行幾天后，該發(fā)電機(jī)組又出現(xiàn)了正常運(yùn)行中參數(shù)異常波動(dòng)現(xiàn)象，波動(dòng)的參數(shù)仍然與第一次相同。運(yùn)行人員立即手動(dòng)將微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器主機(jī)由A套切換至B套運(yùn)行，切換后，各項(xiàng)參數(shù)趨于穩(wěn)定，機(jī)組恢復(fù)正常運(yùn)行。

每次出現(xiàn)機(jī)組參數(shù)波動(dòng)時(shí)，將A套主機(jī)切換到B套主機(jī)，機(jī)組均能恢復(fù)正常運(yùn)行。初步說明整個(gè)微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)的一次元器件沒有問題，查找問題的重點(diǎn)應(yīng)放在微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器A套主機(jī)本身、A套主機(jī)與整流柜之間的調(diào)節(jié)脈沖傳送回路這兩個(gè)方面。

該機(jī)組微機(jī)勵(lì)磁調(diào)機(jī)器主機(jī)與三臺(tái)整流柜之間的調(diào)節(jié)脈沖采用串口、并聯(lián)的方式進(jìn)行傳送，如圖四所示。為了排查故障點(diǎn)，以B套系統(tǒng)作為比對(duì)，維護(hù)人員將A套主機(jī)與B套的調(diào)節(jié)脈沖傳送回路相連，通過小電流試驗(yàn)檢測(cè)，勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)各項(xiàng)功能正常，從而確定A套主機(jī)正常。加上前已確定一次元器件沒有問題，最終維護(hù)人員判斷故障點(diǎn)應(yīng)該在A套的調(diào)節(jié)脈沖傳送回路上。

隨后，維護(hù)人員又將B套主機(jī)與A套的調(diào)節(jié)脈沖傳送回路相連，通過小電流試驗(yàn)檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)此時(shí)勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)又出現(xiàn)了有規(guī)律的波動(dòng)。再次驗(yàn)證判斷。

通過理論分析，我們也可以知道調(diào)節(jié)脈沖在傳輸過程中如果出現(xiàn)問題，目標(biāo)值和反饋值將無法達(dá)到平衡，為了達(dá)到調(diào)節(jié)目標(biāo)，A套主機(jī)將不斷發(fā)出脈沖調(diào)整三臺(tái)整流柜輸出，將會(huì)引起發(fā)電機(jī)運(yùn)行參數(shù)有規(guī)律的波動(dòng)。

根據(jù)試驗(yàn)和分析結(jié)果，我們更換了調(diào)節(jié)器A套主機(jī)到整流柜之間的調(diào)節(jié)脈沖傳輸線。更換后，為了檢測(cè)A套調(diào)節(jié)器主機(jī)整體調(diào)節(jié)性能，我們進(jìn)行了勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)帶負(fù)載小電流試驗(yàn)。

試驗(yàn)結(jié)果顯示勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)輸出波形完整，幅值、角度正確，A套主機(jī)調(diào)節(jié)功能正常，各只可控硅功能正常，微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。

試驗(yàn)完成后，我們?nèi)匀皇褂肁套主機(jī)進(jìn)行發(fā)電機(jī)組的起勵(lì)、升壓、并網(wǎng)操作，各項(xiàng)指令均順利完成，A套主機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，發(fā)電機(jī)組運(yùn)行參數(shù)穩(wěn)定無異常。

機(jī)組投入運(yùn)行后，連續(xù)觀察微機(jī)交流勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)2個(gè)月的時(shí)間，該套微機(jī)交流勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)未再出現(xiàn)運(yùn)行中參數(shù)波動(dòng)異?，F(xiàn)象。至此，此次微機(jī)交流勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)異常波動(dòng)的原因已經(jīng)明確，波動(dòng)的原因是由于微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器主機(jī)與整流柜之間的調(diào)節(jié)脈沖傳輸線纜老化，出現(xiàn)脈沖丟失造成的。

五、總結(jié)

發(fā)電機(jī)組微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)異常波動(dòng)，經(jīng)過一段時(shí)間的檢查、分析和試驗(yàn)，原因已經(jīng)明確，問題已經(jīng)解決。但此異常情況對(duì)現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員敲響了警鐘。電子元器件雖然具有運(yùn)行穩(wěn)定、可靠、維護(hù)量小等一些優(yōu)點(diǎn)，但其對(duì)使用過程中的溫度、灰塵以及使用年限都有著較嚴(yán)格的要求，具有一定的使用壽命。現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員應(yīng)該對(duì)長(zhǎng)周期使用的電子元器件加強(qiáng)檢查和維護(hù)，嚴(yán)格按照技術(shù)規(guī)范進(jìn)行定期檢驗(yàn)。真正做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)處理問題，把事故隱患消除在萌芽狀態(tài)。

作者簡(jiǎn)介：

姚瑞強(qiáng)（1969年—），男，安徽宿州人，工程師，大專學(xué)歷。從業(yè)于大唐淮北發(fā)電廠，歷任生產(chǎn)值長(zhǎng)多年，研究方向：電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化，發(fā)表技術(shù)論文多篇。