一起勵(lì)磁系統(tǒng)故障引起的機(jī)組跳閘分析與處理

葛 峰

華電濰坊發(fā)電有限公司 山東 濰坊 261204

0 引言

瑞士ABB公司生產(chǎn)的UNITROL5000型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器具有運(yùn)行可靠、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，近年來被許多大型機(jī)組所應(yīng)用。但由于該設(shè)備為進(jìn)口設(shè)備，電廠專業(yè)技術(shù)人員檢修維護(hù)經(jīng)驗(yàn)缺乏，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器發(fā)生故障后，電廠專業(yè)技術(shù)人員對(duì)于故障分析及后續(xù)處理難度較大，為該調(diào)節(jié)器的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來了隱患。某廠＃4機(jī)組采用ABB公司生產(chǎn)的UNITROL5000型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，投運(yùn)以來一直較穩(wěn)定，但于2015年01月12日和18日發(fā)生兩次勵(lì)磁系統(tǒng)故障，造成了機(jī)組非停。本文就故障的處理過程、現(xiàn)場(chǎng)檢查處置情況，故障原因進(jìn)行了分析。

1 事件經(jīng)過

某廠＃4機(jī)組有功功率461.6MW，無功功率162MVar，發(fā)電機(jī)定子電流14.41kA，定子電壓19.7kV，勵(lì)磁電流3160A，勵(lì)磁電壓283V。發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)通道I運(yùn)行，通道II備用。4號(hào)機(jī)組跳閘，SOE記錄首出原因“發(fā)電機(jī)跳閘”，發(fā)變組保護(hù)A、B柜“外部重動(dòng)3”（即“勵(lì)磁系統(tǒng)故障”）動(dòng)作。聯(lián)跳汽機(jī)，鍋爐MFT動(dòng)作，廠用電切換正常。

2 設(shè)備檢查情況

2.1 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器LCP顯示故障信息

故障信息有：

Converter failure；整流橋故障

Converter 1；整流橋1退出

Converter 2；整流橋2退出

Converter 3；整流橋3退出

Common STBY fault；備用通道綜合故障

EGC fault；緊急備用通道故障

Converter fail level 1；整流橋失靈1段

Converter fail level 2；整流橋失靈2段

Converter blocked；整流橋閉鎖

CH ARCnet fault；通道通訊故障

Converter 4；整流橋4退出

Converter 5；整流橋5退出

2.2 4號(hào)發(fā)變組錄波器錄波記錄

如圖1所示：

圖1 4號(hào)發(fā)變組錄波器錄波圖

錄波圖顯示勵(lì)磁變電流由2.3A突降至0.1A啟動(dòng)錄波，496ms后“勵(lì)磁系統(tǒng)故障”發(fā)出，勵(lì)磁變電流減小至0A，再69ms后，204開關(guān)跳閘，機(jī)組跳閘。

2.3 通過CMT調(diào)取勵(lì)磁調(diào)節(jié)器內(nèi)部故障信息

1）通道I故障信息，如表1所示：

表1 通道Ⅰ故障信息表

2）通道II故障信息，如表2所示：

表2 通道Ⅱ故障信息

2.4 4號(hào)發(fā)變組保護(hù)信息

發(fā)變組保護(hù)A、B柜“外部重動(dòng)3（勵(lì)磁系統(tǒng)故障）”動(dòng)作。

2.5 DCS報(bào)警信號(hào)

“AVR 通道 II故障”、“EGC 投入”、“勵(lì)磁總報(bào)警”、“勵(lì)磁滅磁開關(guān)跳閘”、“204開關(guān)跳閘”信號(hào)發(fā)出。

2.6 整流橋報(bào)警信號(hào)

Fail燈亮，整流橋CDP液晶顯示屏OFF燈亮。

3 檢查及處理情況

3.1 設(shè)備外觀檢查

1）外觀檢查4號(hào)發(fā)電機(jī)出口PT、CT、勵(lì)磁變、勵(lì)磁封閉母線等一次設(shè)備無異常，測(cè)量勵(lì)磁直流母線絕緣，絕緣值3.8MΩ，合格。

2）檢查勵(lì)磁調(diào)節(jié)器＃1～＃5整流柜、滅磁開關(guān)柜、進(jìn)線柜、控制柜，未發(fā)現(xiàn)明顯故障點(diǎn)。

3.2 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器檢查

1）檢查ARCnet通訊線T、Y型接頭導(dǎo)通良好、測(cè)量終端電阻阻值93Ω，符合廠家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

2）整流柜風(fēng)機(jī)電源切換回路試驗(yàn)正常。

3）檢查24V電源模塊G05、G15輸出正常，負(fù)極接地良好；測(cè)試帶載能力，結(jié)果正常。

G05電源模塊測(cè)試：外加220V交流電源，電源模塊G05輸出24.5V；輸出側(cè)接入0～14Ω滑線電阻，調(diào)整阻值由14Ω降至2.74Ω，輸出電流由1.68A升至8.93A，電壓由24.5V降至24.44V；

G15電源模塊測(cè)試：外加220V交流電源，電源模塊G15輸出24.08V；輸出側(cè)接入0～14Ω滑線電阻，調(diào)整阻值由14Ω降至2.69Ω，輸出電流由1.584A升至8.95A，電壓由24.08V降至24.03V；

4）外觀檢查脈沖總線扁平電纜及插接情況，未發(fā)現(xiàn)異常。

5）測(cè)量整流柜CIN板電源，結(jié)果正常。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)見下表3所示。

表3 整流柜電源試驗(yàn)數(shù)據(jù)

6）測(cè)量整流柜頂部電阻、電容，符合廠家標(biāo)準(zhǔn)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)見下表4所示：

表4 整流柜電阻、電容試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3.3 咨詢ABB公司

重點(diǎn)檢查COB板、24V電源及負(fù)極接地、脈沖總線及ARCnet總線通訊部分，更換上述部件。

4 原因分析

結(jié)合上述故障信息及檢查試驗(yàn)情況，我們綜合分析得出以下原因分析：

4.1 機(jī)組跳閘原因

發(fā)變組保護(hù)A、B柜“外部重動(dòng)3”（即“勵(lì)磁系統(tǒng)故障”）動(dòng)作，是本次機(jī)組跳閘的直接原因。

4.2 發(fā)變組保護(hù)動(dòng)作原因

由于勵(lì)磁調(diào)節(jié)器故障，滅磁開關(guān)跳閘，啟動(dòng)發(fā)變組保護(hù)出口。

4.3 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器故障原因

根據(jù)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器報(bào)文信息，通道I（11∶00∶32.3200）通道 II（11∶00∶32.2400）報(bào)出 CH ARCnet fault故障（根據(jù)兩通道報(bào)文中通訊故障發(fā)生及恢復(fù)相隔時(shí)間相同來判斷），通道I切換至本通道EGC方式運(yùn)行。由于兩通道均報(bào)出CH ARCnet fault故障，整流柜CIN板接收不到任何通訊信息，整流橋觸發(fā)脈沖自動(dòng)閉鎖，勵(lì)磁電流下降，勵(lì)磁變高壓側(cè)波形由交流波形轉(zhuǎn)化為直流波形，三相電流同時(shí)存在（與整流橋正常換相工作時(shí)電流波形不同）480ms后，EGC板卡發(fā)出跳閘指令。

4.4 ARCnet通訊故障原因

1月12日＃4機(jī)組因ARCnet通訊故障發(fā)生非停后，已對(duì)通道I、II的COB板，通道II的EGC板、ARCnet同軸電纜及通訊接口進(jìn)行更換，1月18日，再次發(fā)生ARCnet通訊故障導(dǎo)致機(jī)組非停。據(jù)此分析，導(dǎo)致本次故障可能是由于24V電源系統(tǒng)造成ARCnet通訊故障。

勵(lì)磁調(diào)節(jié)器柜內(nèi)24V電源來自于廠用直流1和勵(lì)磁變低壓側(cè)電源，如圖2。當(dāng)24V電源模塊G05、G15出現(xiàn)電壓突降或突升后，會(huì)導(dǎo)致MUB板輸出到COB板的電源異常，MUB板所帶負(fù)載比較大，COB板上有多種等級(jí)的電壓（5V／12V等）提供給ARCnet模塊、CPU模塊等，而這些電壓等級(jí)所允許的電壓波動(dòng)范圍是不同的（數(shù)值范圍如表5）。當(dāng)COB板電壓波動(dòng)達(dá)到個(gè)別模塊低電壓跳閘低限時(shí)，會(huì)發(fā)生兩個(gè)通道的ARCnet模塊出現(xiàn)重啟的可能性，導(dǎo)致CH ARCnet fault（工作通道通訊故障）故障。

圖2 UN5000勵(lì)磁調(diào)節(jié)器24V電源簡(jiǎn)圖

由測(cè)量單元板MUB供電的控制面板具有監(jiān)視下列電壓的功能，如下表5：

表5 UN5000勵(lì)磁調(diào)節(jié)器電源電壓偏差允許范圍

5 處理措施

1）更換勵(lì)磁調(diào)節(jié)器通道I COB（主控板）、MUB（測(cè)量單元板）、EGC（緊急備用通道控制板）、通道II MUB；24V 電源模塊 G05、G15； 脈沖總線、LCP（就地控制板）、FBC（擴(kuò)展IO板）、整流柜CIN板（5塊）。

2）更換LCP至通道II ARCnet通訊線1根，重新布線避免強(qiáng)電干擾；用1.5mm2導(dǎo)線絕緣外皮對(duì)所有T、Y型接口內(nèi)插接口進(jìn)行加固。

3）增加24V電源負(fù)極沿原2.5mm2接地線并接4mm2接地線。

4）用替換下的24V電源模塊作為風(fēng)機(jī)電源接觸器的控制電源，與勵(lì)磁調(diào)節(jié)器24V控制電源進(jìn)行隔離，確保勵(lì)磁調(diào)節(jié)器24V控制電源可靠。

5）試驗(yàn)項(xiàng)目

靜態(tài)試驗(yàn)包括：冷卻風(fēng)機(jī)電源切換試驗(yàn)、模擬量、開關(guān)量測(cè)量、小電流試驗(yàn)。

動(dòng)態(tài)試驗(yàn)包括：零起升壓試驗(yàn)、風(fēng)機(jī)電源切換試驗(yàn)、整流柜均流試驗(yàn)、通道切換試驗(yàn)、控制電源切換試驗(yàn)、EGC通道切換試驗(yàn)、滅磁試驗(yàn)、空載階躍試驗(yàn)（±5%）。

以上試驗(yàn)結(jié)果均正常。

6 防范措施

1）對(duì)此次非停涉及勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的ARCnet通訊故障通道I、II的COB板，通道I、II的EGC板、ARCnet通訊電纜及接口進(jìn)行更換。

2）為防止24V電源電壓突降或突升對(duì)ARCnet通訊造成影響，導(dǎo)致通訊故障，對(duì)24V電源模塊G05、G15、通道I、II的測(cè)量單元板MUB進(jìn)行更換。

3）對(duì)通訊鏈條上的CIN板、脈沖總線、LCP板及與通道II的ARCnet同軸電纜、FBC部件進(jìn)行更換。

4）用原24V電源模塊作為整流柜風(fēng)扇接觸器控制電源，與勵(lì)磁調(diào)節(jié)器24V控制電源分開，避免風(fēng)扇控制回路對(duì)控制板電源產(chǎn)生干擾。

5）將整流柜頂部阻容吸收回路的電容、電阻測(cè)量工作納入檢修標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目計(jì)劃，并嚴(yán)格執(zhí)行。

6）對(duì)UNITROL5000勵(lì)磁設(shè)備開展深入培訓(xùn)，并對(duì)其他原理掌握不足和檢修能力薄弱的設(shè)備開展針對(duì)性的培訓(xùn)。

7）督促廠家向用戶提供設(shè)備各個(gè)部件的壽命周期清單，建立相關(guān)設(shè)備部件臺(tái)帳，確定合理的更換周期，儲(chǔ)備必要的備品備件。

8）督促UNITROL5000勵(lì)磁設(shè)備廠家，深入分析故障原因，并書面反饋；及時(shí)向用戶發(fā)布設(shè)備故障信息并提供防范和處理措施，做好學(xué)習(xí)和防范措施的落實(shí)。

9）研究勵(lì)磁調(diào)節(jié)器升級(jí)改造的方案，解決勵(lì)磁調(diào)節(jié)器通訊故障問題。

7 結(jié)束語

通過此次機(jī)組非停事件可以看出，勵(lì)磁系統(tǒng)作為重要的電力系統(tǒng)穩(wěn)定裝置，一但發(fā)生事故，造成的后果和損失是非常嚴(yán)重的，UNITROL5000勵(lì)磁調(diào)節(jié)器采用進(jìn)口技術(shù)，存在諸多的技術(shù)壁壘，出現(xiàn)故障后，電廠技術(shù)人員僅憑以往類似事故的處理經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了分析處理對(duì)于查找故障原因存在較大的難度，只有通過有針對(duì)性的技術(shù)培訓(xùn)，掌握UNITROL5000勵(lì)磁系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)、動(dòng)作原理及邏輯，提升相關(guān)業(yè)務(wù)技能，才能在故障發(fā)生時(shí)及時(shí)分析原因并制定處理防范措施，并對(duì)設(shè)備存在的安全隱患進(jìn)行治理消除。

［1］上海ABB工程有限公司.UNITROL 5000靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)手冊(cè)［R］.2006.

［2］ DL／T 843－2010大型汽輪發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)技術(shù)條件［R］.2010.

［3］GB／T 7409.3－2007大、中型同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)技術(shù)要求［S］.2007.

［4］ 王君亮.同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)原理與運(yùn)行維護(hù)［M］.北京：中國(guó)水利水電出版社，2010.