UNITROL 5000勵磁系統(tǒng)常見問題分析

李西良

（廣東粵電靖海發(fā)電有限公司，廣東揭陽515223）

0 引言

UNITROL 5000是瑞士ABB公司于1998年推出的數(shù)字式同步發(fā)電機靜止勵磁系統(tǒng)，為UNITROL系列的第五代勵磁系統(tǒng)，由勵磁調(diào)節(jié)柜、功率整流柜、滅磁開關(guān)柜、交流封母柜、直流封母柜等組成。UNITROL 5000勵磁系統(tǒng)具有響應(yīng)速度快、調(diào)節(jié)性能好、可控硅整流橋智能化均流、低殘壓快速起勵等特點，但其在使用過程中也出現(xiàn)了一些問題，比如電源故障、通信失敗等，這些故障影響了機組的安全穩(wěn)定運行。

1 電源故障

1.1 事件經(jīng)過

某發(fā)電廠#2機組檢修結(jié)束啟機并網(wǎng)后勵磁系統(tǒng)報出5條告警：（1）“089 Aux.AC fail141”（交流電源故障）；（2）“094 Start-up blkd extern 146”（外部閉鎖起勵）；

（3）“115 Cooling Alarm 189”（整流橋冷卻系統(tǒng)報警）；

（4）“122 Converter 2 162”（整流橋2）；

（5）“145 FAN SHUNT SUPPLY FAILURE 211”（風機機端供電失效）。

同時檢查發(fā)現(xiàn)：

（1）穩(wěn)壓電源-G05不在工作狀態(tài)；

（2）風機電源切換繼電器動作，供電方式由原來的機端電源供電（K16繼電器動作）更改為#2機汽機段3MCC段供電（K15繼電器動作）；

（3）機端電源變-T05及機端風機變-T16低壓側(cè)均無電壓；（4）調(diào)節(jié)柜內(nèi)所有空開均在合閘位置；

（5）風機機端電源電壓監(jiān)控繼電器顯示電壓值為0 V；（6）#2整流柜內(nèi)風機由主風機切換至備用風機，該柜內(nèi)兩組風機電源開關(guān)-Q11與-Q12均在合閘位置；

（7）#1、#3、#4、#5整流柜內(nèi)風機均為主風機工作；

（8）勵磁系統(tǒng)工作電源供電方式由原來的機端電源供電切換至#2機直流系統(tǒng)供電。

1.2 原因分析

如圖1所示，在正常狀態(tài)下，勵磁系統(tǒng)工作電源及整流柜風機工作電源均由機端供電，取自勵磁變低壓側(cè)AB相（830 V），經(jīng)熔斷器-F15（額定電流20 A）后，分兩路分別接機端電源變-T05（變比830/160）及機端風機變-T16（變比830/230），機端電源變-T05低壓側(cè)經(jīng)-Q05（額定電流10 A）接至電源模塊-G05（輸出24 V）；機端風機變-T16低壓側(cè)經(jīng)Q21（額定電流10 A）接至#1～#5整流柜，柜內(nèi)分別經(jīng)-Q11（額定電流4 A）、-Q12（額定電流4 A）接至Ⅰ、Ⅱ組冷卻風機接觸器。

圖1 勵磁系統(tǒng)供電方式示意圖

現(xiàn)在機端電源變-T05及機端風機變-T16低壓側(cè)均無電壓，最大可能性為熔斷器-F15熔斷，導致機端供電方式失效。第二個可能性為-T05及-T16均有故障，由于兩臺變壓器同時故障的可能性極小，同時目視檢查變壓器外觀并無明顯變化，可以基本排除此種可能性。

機端電源供電方式失效后，穩(wěn)壓電源-G05由于失去輸入電源無法工作；冷卻風機電源切換至#2機汽機段3MCC段供電；勵磁系統(tǒng)工作電源切換至#2機直流系統(tǒng)供電。熔斷器-F15熔斷的原因可能是熔芯本身質(zhì)量老化或回路短路。由于#2機組運行，勵磁系統(tǒng)在工作狀態(tài)無法進一步進行檢查。

1.3 處理過程及結(jié)果

（1）測量濾波模塊-Z05、電源模塊-G05的電源輸入回路直阻、對地絕緣電阻均正常。

（2）電源變壓器-T05、-T16檢查亦正常。

（3）切換繼電器-K16檢查：線圈直阻、絕緣電阻正常，底座完好，但接點接觸電阻過大（十幾歐左右，正常為0.15 Ω左右）。處理結(jié)果：更換該繼電器。

（4）熔斷器-F15熔芯檢查：熔斷器-F15為兩極，有一根熔芯熔斷。

對機端電源各元器件及其回路檢查無異常后，更換熔斷器-F15故障熔芯，聯(lián)系運行對機端電源回路送上熔斷器-F15，檢測電源變壓器-T05、-T16工作正常，然后再送上電源開關(guān)-Q05、-Q21，勵磁裝置報警消失，#2發(fā)電機勵磁系統(tǒng)恢復正常工作。UN5000勵磁系統(tǒng)ARCNET布纜方式為總線型，總線結(jié)構(gòu)與Ethernet細纜方式相類似，設(shè)備與總線的聯(lián)接通過T型聯(lián)接器，該聯(lián)接器頂部與電纜相連，底部與網(wǎng)卡相連，電纜兩端必須用93Ω的電阻終結(jié)，只要有一個節(jié)點故障，都會造成內(nèi)部通信重組。

UN5000勵磁系統(tǒng)內(nèi)部按節(jié)點減小的順序進行節(jié)點信號傳輸，其物理結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

1.4 防范措施

圖2 ARCNET物理結(jié)構(gòu)圖

（1）檢修嚴把質(zhì)量，按照有關(guān)規(guī)程做相應(yīng)試驗；

（2）定期檢查保險、電源模塊等易損件并更換；

（3）充分備足備品備件。

2 ARCNET現(xiàn)場總線故障

2.1 事件經(jīng)過

2015-03-30T23：06，#2機組跳閘，檢查發(fā)現(xiàn)機組跳閘首出原因為“勵磁系統(tǒng)故障跳閘”動作。就地檢查勵磁系統(tǒng)，一次設(shè)備（勵磁變和硅整流裝置）無明顯異常，勵磁系統(tǒng)#1整流橋至#5整流橋發(fā)出故障報警，同時發(fā)出“ARCNET通信節(jié)點失靈”報警，勵磁系統(tǒng)發(fā)出“F43”整流橋故障，勵磁系統(tǒng)保護動作，直接退出運行，導致機組保護動作跳閘。

2.2 原因分析

2.2.1 故障信息

勵磁系統(tǒng)#1整流橋至#5整流橋發(fā)出故障報警，同時發(fā)出“ARCNET通信節(jié)點失靈”報警，勵磁系統(tǒng)發(fā)出“F43”整流橋故障，勵磁系統(tǒng)保護動作，直接退出運行，機組跳閘。

檢查勵磁系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定，“整流橋一段報警”設(shè)定值為退出1個整流橋，參數(shù)“928=1”，“整流橋二段報警”設(shè)定值為退出2個整流橋，參數(shù)“929=2”。當勵磁系統(tǒng)退出3個整流橋時，勵磁系統(tǒng)保護動作，發(fā)出“F43”整流橋故障信號。勵磁系統(tǒng)在23：06：31.6000時，即勵磁系統(tǒng)跳閘后0.22 s，勵磁系統(tǒng)檢測到1#整流橋至#5整流橋故障消失，報警自動恢復。

2.2.2 故障原因分析

（1）分析#2機勵磁系統(tǒng)故障信息，認為出現(xiàn)此類情況有兩種原因：

1）勵磁系統(tǒng)供給#1整流橋至#5整流橋的24 V直流電源出現(xiàn)閃斷情況，造成5個整流橋的CIN板卡電源掉電，整流橋閉鎖退出運行，勵磁系統(tǒng)故障退出；

2）勵磁系統(tǒng)ARCNET通信故障，造成勵磁系統(tǒng)內(nèi)部通信重組，勵磁系統(tǒng)故障退出。

（2）現(xiàn)場檢查及故障分析：

1）針對故障原因1，現(xiàn)場模擬24 V DC電源總線掉電，勵磁系統(tǒng)運行在自動運行方式，斷掉所有整流橋的24 V DC電源，勵磁系統(tǒng)發(fā)出#1整流橋至#5整流橋故障，同時發(fā)出“ARCNET通信節(jié)點失靈”報警，勵磁系統(tǒng)發(fā)出“F43”故障退出；通過檢查#1整流橋至#5整流橋24 V DC電源總線結(jié)構(gòu)，如果是電源故障，則會是#1整流橋至#5整流橋全部退出，和此次故障報警相符，但現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)電源都正常。

2）針對故障原因2進行分析。ARCNET是Data point公司1977年開發(fā)成功的一種局域網(wǎng)，使用的通信線包括同軸電纜、雙絞線以及光纖，這種網(wǎng)絡(luò)使用的媒體訪問法為令牌總線。

現(xiàn)場故障模擬：分別單獨拔出通道1、通道2、LCP面板、終端電阻、UA C096板卡、#1整流橋CIN板、#2整流橋CIN板、#3整流橋CIN板、#4整流橋CIN板、#5整流橋CIN板的同軸電纜接頭，檢查勵磁系統(tǒng)報警：通道1和通道2拔除，勵磁系統(tǒng)報“F55”；拔除LCP面板，勵磁系統(tǒng)報“147”LCP node fail；拔除UA C096板卡，勵磁系統(tǒng)報“A195”ARCNET node fail及整流橋#1至#5報警，與故障信息一致；拔除#5整流橋CIN板時，勵磁系統(tǒng)報“A195”ARCNET node fail及整流橋“165”+Converter 5。

通過上述模擬實驗，判斷為ARCNET通信故障，是由現(xiàn)場總線耦合器（UA C096）引起的。因為該套設(shè)備運行快十年了，為保證設(shè)備穩(wěn)定，更換了ARCNET上所有元件，之后機組并網(wǎng)。目前勵磁系統(tǒng)穩(wěn)定運行，未發(fā)生任何報警和故障。

2.3 防范措施

根據(jù)檢查及測試情況，現(xiàn)場處理措施如下：

（1）加強設(shè)備巡檢，利用停機機會對另一臺機組勵磁系統(tǒng)ARCNET通信相關(guān)板卡、通信線進行更換；

（2）在#2發(fā)電機空載狀態(tài)下對勵磁系統(tǒng)進行空載試驗，測試結(jié)果勵磁系統(tǒng)正常；

（3）為徹底杜絕該類故障的發(fā)生，將1、2號發(fā)電機勵磁系統(tǒng)升級為UNITROL 6000，優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸模式，將由同軸電纜實現(xiàn)的總線控制模式升級為通過光纖實現(xiàn)的點對點通信模式，單個通信接點發(fā)生故障不會引起整個勵磁系統(tǒng)通信故障從而導致跳機。

3 結(jié)語

通過對UNITROL 5000勵磁系統(tǒng)上述案例發(fā)生原因的分析，可以得知UNITROL 5000勵磁系統(tǒng)設(shè)計精密且結(jié)構(gòu)復雜，這就要求維護工作應(yīng)嚴格按標準執(zhí)行。文中提出的相應(yīng)優(yōu)化措施，可使勵磁系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠，從而保證機組安全穩(wěn)定運行，希望能給大家一點啟發(fā)。

[1]孟凡超，吳龍.發(fā)電機勵磁技術(shù)問答及事故分析[M].北京：中國電力出版社，2010.

[2]大型汽輪發(fā)電機勵磁系統(tǒng)技術(shù)條件：DL/T 843—2010[S].