一種勵(lì)磁控制系統(tǒng)整流柜風(fēng)機(jī)電源切換方式的研究

李海清

(廣東粵電靖海發(fā)電有限公司，揭陽 515223)

某電廠2號(hào)發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁控制系統(tǒng)采用的是ABB UNITROL 5000系列自并勵(lì)磁控制系統(tǒng)，型號(hào)是Q5s-0/U251-s6000。在2006年時(shí)出廠生產(chǎn)，于2007年正式調(diào)試完成且投入運(yùn)行，至今已有十余年。該勵(lì)磁控制系統(tǒng)配置有5個(gè)整流柜，每個(gè)整流柜均采用強(qiáng)迫風(fēng)冷方式[1]。每個(gè)整流柜裝有4臺(tái)風(fēng)機(jī)，兩兩分為一組，正常運(yùn)行時(shí)為一組運(yùn)行一組備用，其風(fēng)機(jī)電源采用雙電源切換方式，以保證整流柜冷卻系統(tǒng)的可靠性。整流柜風(fēng)機(jī)主用電源來自機(jī)端電源，經(jīng)熔斷器F15、專用變壓器T16后轉(zhuǎn)變?yōu)?20V交流電源，備用電源來自廠用電220V交流電源。兩路風(fēng)機(jī)電源均帶低電壓監(jiān)視功能，且主備電源的輸出分別由繼電器K15、K16控制。繼電器K15、K16均帶有鎖扣器，能夠進(jìn)行互相閉鎖及切換，以便實(shí)現(xiàn)整流柜風(fēng)機(jī)主備電源的自動(dòng)切換。

1 事件概況

2016年9月17日，某廠2號(hào)發(fā)電機(jī)按計(jì)劃停運(yùn)檢修。由于2號(hào)機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的4號(hào)整流柜第1組風(fēng)機(jī)運(yùn)行小時(shí)數(shù)已接近30000小時(shí)，按照勵(lì)磁控制系統(tǒng)檢修規(guī)程，電氣一次班予以更換。4號(hào)整流柜第1組風(fēng)機(jī)更換完成后，繼保班人員按規(guī)定對(duì)2號(hào)機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)進(jìn)行風(fēng)機(jī)切換試驗(yàn)。試驗(yàn)過程中，繼保人員用光纖將電腦與控制器A10連接，在操作界面上將繼電器K15、K16釋放后，選擇合上繼電器K15，即使用廠用220V交流電源為整流柜風(fēng)機(jī)供電。聽到繼電器K15吸合聲后，手動(dòng)啟動(dòng)4號(hào)整流柜第1組風(fēng)機(jī)，未聽到風(fēng)機(jī)啟動(dòng)聲音，打開柜門查看亦未發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)，隨即嘗試手動(dòng)啟動(dòng)4號(hào)整流柜第2組風(fēng)機(jī)，亦未啟動(dòng)。

2 故障定位與分析

2.1 故障定位

該勵(lì)磁控制系統(tǒng)4號(hào)整流柜兩組風(fēng)機(jī)均未能可靠啟動(dòng)，繼保人員便立刻停止了風(fēng)機(jī)電源切換試驗(yàn)，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)勵(lì)磁控制系統(tǒng)所有的電源設(shè)備進(jìn)行了詳細(xì)檢查。繼保人員首先檢查了整流柜風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)電容及供電回路，均無明顯問題。隨后檢查了該勵(lì)磁控制系統(tǒng)控制器的指令下發(fā)，亦無明顯問題。最后，繼保人員使用萬用表交流電壓檔，經(jīng)過逐級(jí)檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)備用電源空開Q20下端雖已有正常的220V交流電，但5個(gè)整流柜的風(fēng)機(jī)電源上端電源，即公共端子排W90不帶電。經(jīng)過詳細(xì)檢查發(fā)現(xiàn)，原因是繼電器K15并未吸合。

隨即繼保人員使用電腦對(duì)繼電器K15重新進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)其雖已接收到動(dòng)作指令并可靠動(dòng)作發(fā)出聲音，但由于鎖扣器損壞，無法自保持，導(dǎo)致廠用220V交流電未能給整流柜風(fēng)機(jī)提供電源。更換新的鎖扣器后，故障得以解除。

2.2 故障分析

每個(gè)風(fēng)機(jī)在工頻交流220V電源的供應(yīng)下，額定運(yùn)行電流在1.15A，10個(gè)風(fēng)機(jī)同時(shí)運(yùn)行時(shí)的總電流為11.5A。由于勵(lì)磁小間電磁環(huán)境惡劣，且整流柜空間封閉、散熱嚴(yán)重不足，再加上勵(lì)磁控制系統(tǒng)的長時(shí)間運(yùn)行，導(dǎo)致該鎖扣器因溫度過高而損壞。所幸該故障只是發(fā)生在風(fēng)機(jī)切換試驗(yàn)時(shí)，并未造成過大影響。

由于該勵(lì)磁控制系統(tǒng)整流柜風(fēng)機(jī)電源采取的是整體切換方式，一旦發(fā)生由于溫度過高導(dǎo)致的鎖扣器損壞異常事件，將有可能造成5個(gè)整流柜風(fēng)機(jī)電源全部消失，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組非故障停運(yùn)，可靠性不高，存在一定的風(fēng)險(xiǎn)和隱患。

3 整流柜風(fēng)機(jī)電源切換方式的改進(jìn)措施

原系統(tǒng)是通過繼電器K15、K16進(jìn)行整流柜風(fēng)機(jī)主備電源的整體切換。由于勵(lì)磁控制系統(tǒng)電磁環(huán)境復(fù)雜、發(fā)熱嚴(yán)重，一旦整體切換不成功，將會(huì)造成5個(gè)整流柜風(fēng)機(jī)停運(yùn)，導(dǎo)致機(jī)組跳閘。因此，需要研究出一種更可靠的風(fēng)機(jī)電源切換方式，以保證整流柜風(fēng)機(jī)可靠運(yùn)行。

圖1 整流柜風(fēng)機(jī)電源切換回路

如圖1所示，將每個(gè)整流柜風(fēng)機(jī)電源回路的控制權(quán)下放至該整流柜內(nèi)部板卡。每個(gè)整流柜都有獨(dú)立的電壓檢測(cè)回路，當(dāng)檢測(cè)到主電源電壓波動(dòng)較大，不能很好地滿足風(fēng)機(jī)所要求的交流電壓水平時(shí)，整流柜內(nèi)板卡A01便會(huì)靈敏反應(yīng)，通過控制繼電器K11、K12的切換，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)主備電源的切換，使每臺(tái)整流柜的風(fēng)機(jī)都能實(shí)現(xiàn)單獨(dú)切換，更有利于風(fēng)機(jī)的維護(hù)[4]。

同時(shí)，由于發(fā)電機(jī)正常啟動(dòng)時(shí)，機(jī)端電壓水平一般偏低，有可能導(dǎo)致整流柜風(fēng)機(jī)無法正常啟動(dòng)。在短暫的起勵(lì)時(shí)間內(nèi)，風(fēng)機(jī)電源可能會(huì)來不及進(jìn)行主備電源切換，導(dǎo)致勵(lì)磁控制系統(tǒng)無法正常起勵(lì)。遂通過更改邏輯，使廠用交流電源為風(fēng)機(jī)主電源，機(jī)端電源為備用電源，更有利于勵(lì)磁控制系統(tǒng)正常起勵(lì)。

相比整體切換方式，整流柜風(fēng)機(jī)電源的單獨(dú)切換方式有諸多優(yōu)點(diǎn)：一是靈活變通，能存在兩種電源同時(shí)供給不同整流柜風(fēng)機(jī)運(yùn)行的可能；二是機(jī)組停運(yùn)風(fēng)險(xiǎn)降低，可靠性大大提高，即使某個(gè)整流柜電源切換未成功，最嚴(yán)重也是造成該柜閉鎖退出運(yùn)行，不會(huì)造成故障切機(jī)事件，避免了原UNITROL 5000勵(lì)磁控制系統(tǒng)中一旦切換回路故障便會(huì)導(dǎo)致整個(gè)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)無法正常工作的問題；三是風(fēng)機(jī)主用電源為廠用交流電，機(jī)組正常啟動(dòng)期間，更加可靠穩(wěn)定。

4 風(fēng)機(jī)電源試驗(yàn)

為驗(yàn)證此次風(fēng)機(jī)電源切換方式改進(jìn)措施的正確性，需對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)性試驗(yàn)。

4.1 電源檢查

使用萬用表交流電壓檔，對(duì)其主備電源進(jìn)行電壓測(cè)試?？梢钥闯觯擄L(fēng)機(jī)主備電源電壓誤差均低于±5%，滿足要求。

4.2 切換試驗(yàn)

模擬任意一個(gè)整流柜的主風(fēng)機(jī)故障停運(yùn)，此時(shí)該整流柜立刻發(fā)出報(bào)警，并進(jìn)行風(fēng)機(jī)切換，使該整流柜風(fēng)機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行正常，其余整流柜一切正常；模擬任意一個(gè)整流柜的主電源電壓低或失電故障，此時(shí)該整流柜立刻發(fā)出報(bào)警，并進(jìn)行電源切換，使該整流柜風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行，其余整流柜一切正常。

5 結(jié)論

勵(lì)磁控制系統(tǒng)由于其復(fù)雜性、精密性，是電廠中故障事件較多、維護(hù)難度系數(shù)較高的設(shè)備，需要繼保人員精心維護(hù)。本文從勵(lì)磁控制系統(tǒng)的整流柜風(fēng)機(jī)電源回路出發(fā)，認(rèn)真研究并分析某電廠風(fēng)機(jī)電源切換試驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)的異常故障，找出其故障的具體原因，設(shè)計(jì)改進(jìn)方案，使其在可靠性得以提高，并加以試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。該研究有效提高了勵(lì)磁控制系統(tǒng)整流柜風(fēng)機(jī)電源切換的可靠性，防止了切換不成功事件的再次發(fā)生，使發(fā)電機(jī)組更加穩(wěn)定運(yùn)行，有很強(qiáng)的參考價(jià)值和實(shí)用意義。