一起應急發(fā)電機勵磁故障的原因分析

雷勝明

（中海油崖城作業(yè)公司，深圳 518067）

一起應急發(fā)電機勵磁故障的原因分析

雷勝明

（中海油崖城作業(yè)公司，深圳 518067）

文章對一起應急發(fā)電機勵磁故障進行查找、分析，發(fā)現是勵磁二極管擊穿導致，并通過勵磁二極管擊穿現象，進一步分析兩臺機并列運行時的功率方程和功率曲線圖，找出故障的根本原因是發(fā)電機并網時過負荷所致，并總結經驗教訓，采取措施加以改進，以避免以后類似事件的再次發(fā)生。

應急 發(fā)電機 過負荷

1　問題的提出

中海油崖城作業(yè)公司海上平臺主發(fā)電機在10月5日晚上19:30分因故障停機。為了保障照明及需要，應急發(fā)電機按照設定程序自動啟動。但是，啟動后沒有自動合閘，沒有電壓輸出。檢查后發(fā)現，應急發(fā)電機強勵動作報警，發(fā)電機轉速正常。隨后啟動鉆井應急發(fā)電機給平臺反送電，恢復平臺的主發(fā)電機，進一步恢復平臺電力供應。

待恢復生產后，立即對應急發(fā)電機展開故障查找，再次詳細檢查了應急發(fā)電機的電氣回路，發(fā)現應急發(fā)電機的報警顯示為勵磁故障。隨后對應急發(fā)電機勵磁系統(tǒng)進行檢查，并測得以下參數：VPM1-PM2為132VAC，VF1-F2為65VDC。

只要應急發(fā)電機轉速一直保持不變，勵磁系統(tǒng)的永磁發(fā)電機的電壓輸出也會保持不變，數值為132VAC。而應急發(fā)電機的勵磁電壓經過VR調解和EL限制后的輸出值，正常時只有20多伏，最大值為65V。由于測得值為65VDC，可以認為強勵磁已經動作，初步判斷是發(fā)電機主勵磁回路開路造成發(fā)電機失磁引起故障，也可能是勵磁回路存在故障，導致發(fā)電機無法正常供電。

針對這些問題，對應急發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)進行檢查，測量勵磁機和發(fā)電機的勵磁回路的絕緣，讀數都在30MΩ以上，絕緣狀況良好。之后拆除勵磁機的整流二極管進行逐個檢查，發(fā)現有2個二極管已經擊穿。被擊穿二極管分別是整流橋上相對應的兩個二極管。

2　分析問題

中海油崖城作業(yè)公司平臺主發(fā)電機是兩臺透平驅動的無刷勵磁同步發(fā)電機。該發(fā)電機功率為4.07MW，平時一臺使用，另外一臺備用，整個平臺正常電力負荷在2.3MW左右。應急發(fā)電機是柴油機驅動的無刷勵磁同步發(fā)電機，功率是750kW。每臺機都分別有自動勵磁控制系統(tǒng)，且運行正常。

平臺供電系統(tǒng)運行模式是平時一臺主發(fā)電機運行。主發(fā)電機故障的緊急情況下，平臺將失電，經過45秒后，應急發(fā)電機自動啟動帶應急負載。由于應急發(fā)電機的功率限制，無法負擔平臺全部負載，只有等查明故障啟動主發(fā)電機，并網后退出應急發(fā)電機后，才能啟動生產正常全部負載。

針對這次應急發(fā)電機勵磁二極管被擊穿事件，經過分析得出以下幾種可能：

（1）勵磁二極管質量不好。

（2）兩臺發(fā)電機并網時非同期合閘，可能出現大電流的沖擊。

（3）發(fā)電機同期并網后，調整負荷時造成應急發(fā)電機過負載。

針對以上懷疑，一一進行分析、排除。

首先，針對勵磁二極管，查找損壞的二極管參數。該二極管型號為R5021213LS，耐壓是1200V，最大電流為125A，因此該二極管被過電壓擊穿的可能性很小，可以排除。

其次，關于第二種假設，是否存在非同期合閘，產生大電流造成勵磁二極管擊穿的問題。調查發(fā)現，當時主發(fā)電機掉電時，應急發(fā)電機啟動正常，輸出電壓為380V，輸出電流為500A，因此勵磁電流也相應很小，不可能過載和非同期合閘。再往前推，分析到這次主發(fā)電機失電前，10月1日平臺經歷臺風吹襲發(fā)生了平臺掉電，所有的電源都停了，晚上才恢復啟動。因此，懷疑這次黑啟動造成應急發(fā)電機勵磁燒毀事件。

通過調查，10月1日平臺黑啟動時，首先啟動成功應急發(fā)電機，當時應急發(fā)電機的功率一直很穩(wěn)定，沒有超過750kW，只有530kW左右，電流800A左右。后來，啟動主發(fā)電機，然后主發(fā)電機并網。由于主發(fā)電機是利用自動同期裝置自動并網，所以檢查了主發(fā)電機的自動并網回路，自動合閘裝置允許合閘的相角差在3°內，產生的沖擊很小，基本上可以排除非同期合閘的問題。

最后，分析是否在合閘后，造成應急發(fā)電機過負載問題。走訪當班操作員工，了解到當時主發(fā)電機啟動后，操作員著急恢復生產，沒有注意到電工什么時候退出應急發(fā)電機?？赡?0月1號恢復生產時，應急發(fā)電機未退出并網，瞬時啟動的大功率負載比較多，可能對應急發(fā)電機勵磁回路產生一定的波動。咨詢當班電氣操作人員當晚的操作過程，了解到當晚兩臺發(fā)電機并網完成后電氣操作人員忙于檢查設備，可能晚了幾分鐘退出應急發(fā)電機。據生產操作人員反映，主發(fā)電機并網后沒有接到電工的通知他們就啟動負荷，后來是維修監(jiān)督發(fā)現問題后立即通知電工退出應急發(fā)電機的運行。

主發(fā)動機功率為4.07MW，應急發(fā)電機的功率是750kW，可能并網后操作人員啟動負載功率超過750kW，而兩臺發(fā)動機雖然有自動勵磁調節(jié)系統(tǒng)，但是由于功率不匹配可能造成應急發(fā)電機過負載。因此，極有可能在10月1日當天晚上應急發(fā)電機勵磁系統(tǒng)因發(fā)電機過負載燒毀，只是當時沒有發(fā)現。

3　故障分析

針對這種猜測，需要對兩臺發(fā)電機并列運行的靜態(tài)穩(wěn)定進行近似分析。由于每臺發(fā)電機都有自動調節(jié)勵磁，都能自動對端電壓進行調整。如果勵磁調節(jié)器的參數選擇合適，單機將不至于引起系統(tǒng)震蕩失去穩(wěn)定。因此，可把發(fā)電機看作是一個有恒定暫態(tài)電動勢Eq的電源，不再考慮調節(jié)器的影響。

當兩臺發(fā)電機并網后，整個系統(tǒng)處于一個動平衡位置時，對于小的外部擾動，按照穩(wěn)定判據，系統(tǒng)都能自動回到穩(wěn)定點。但是，當生產操作員工突然連續(xù)啟動一個或多個大設備時，如冷卻水泵功率達330kW，該電動機在平臺上屬于直接啟動設備，啟動電流能達到額度值的6～9倍，電流能達到500A左右。對于這個大擾動，兩機系統(tǒng)的平衡被瞬間破壞，運行點遠超出δ12‘-δ12‘’之間，造成應急發(fā)電機功率急劇上升，主發(fā)電機功率下降，整個兩機系統(tǒng)最終失去穩(wěn)定，導致應急發(fā)電機負載過大，從而出現應急發(fā)電機短時過負載而造成其勵磁電流過大燒毀整流二極管。

4　解決問題

找到問題的根源后，首先更換損壞的兩個整流二極管，并對剩下的四個整流二極管進行相關的檢查。進一步對應急發(fā)電機的控制系統(tǒng)進行相關檢查沒有發(fā)現異常，隨后啟動應急發(fā)電機進行空載測試，測得發(fā)電機電壓為388V，頻率50Hz，VPM1-PM2為132VAC，VF1-F2為24.7VDC，VE1-E3為123VAC，各項參數均正常，運轉60分鐘后停機恢復備用。

針對這次勵磁二極管擊穿事件，修改發(fā)電機并網運行程序。程序修改為在主發(fā)電機關停啟動后，電氣人員和操作人員做好充分溝通，電氣操作人員在主發(fā)電機并網成功時盡快退出應急發(fā)電機，并在退出應急發(fā)電機運行后立即通知中控操作員，中控操作員得到電氣操作人員的許可后才能恢復生產，啟動大型設備，以避免相同事件再次發(fā)生。

5　結束語

在日常的生產操作中，設備操作人員應該注重一些操作細節(jié)和多工種之間的溝通，避免一些由于溝通脫節(jié)的情況而造成不該發(fā)生的事故或設備損壞。同時，技術人員也要定期對操作規(guī)程和指導書進行審核，對平時發(fā)現的問題進行修改、補充和完善，并組織操作人員學習、討論，盡量減少生產操作中的一些低級錯誤帶來事故或設備的損壞。

[1]侯紀勇，李和明，李俊卿，王紅宇，胡笳.汽輪發(fā)電機勵磁繞組不同位置匝間短路對勵磁磁動勢的影響[J].中國電機工程學報，2011，（27）：123-129.

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Analysis on the Cause of the Fault of the Emergency Generator

LEI Shengming
(CNOOC Ltd., Shenzhen 518067, China)

For emergency generator excitation fault finding and analysis, f ound to be lead to breakdown of excitation diode and the exciter diode breakdown phenomenon. Further analys is on two machines running in parallel through the power equation and the power curve, find out the causes of failure of the root is the generator overload caused by, draw conclusions and lessons learned, increase measures and improved to avoid future incidents from happening again.

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