蓄能機組失磁保護(hù)動作跳機原因分析與處理

董翰寧，董錦川

（1.國網(wǎng)新源控股有限公司電力檢修分公司，北京100068；2.國網(wǎng)新源控股有限公司潘家口蓄能電廠，河北 唐山064309）

1 電廠概況

某抽水蓄能電廠安裝4臺單機容量為200MW的立軸單級混流可逆式水泵水輪發(fā)電機組，裝機總?cè)萘繛?0萬kW。該抽水蓄能電廠系利用已建某水庫為下庫，在××山后上寺溝頭修建上庫，上下庫落差430m。電廠樞紐主要建筑物有上庫、引水道、地下廠房、尾水道及下庫等。上庫采用瀝青混凝土面板堆石壩，壩頂長464m，最大壩高70m；庫盆采用全面瀝青混凝土襯護(hù)防滲，周長1628m，總庫容401萬m3。設(shè)計年發(fā)電量12億kW·h。其主要任務(wù)是：擔(dān)負(fù)北京地區(qū)調(diào)峰和緊急事故備用電源，改善首都供電質(zhì)量；接入華北電力系統(tǒng)，與京津唐電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)運行；減少火電頻繁調(diào)整出力和開啟，改善運行條件，降低煤耗，同時兼有填谷、調(diào)頻和調(diào)相等功能。

2 事件經(jīng)過

2017年 12 月 24日 04：57：54.987，該抽水蓄能電廠1號機組抽水運行過程中，OIS上出現(xiàn)“EXCN OPERATING”、“EXCN REGULATOR AUTO”信號丟失。轉(zhuǎn)子電流和定子電壓均開始下降。04：58：21.725，OIS上出“MOT LOSS OF EXCITATION TRIP”和“ELECT PROT TRIP II”、“ELECTRICAL PROTECTION TRIP”報警信號，1號機跳機。04：58：42.224，OIS上“EXCN OPERATING”、“EXCN REGULATOR AUTO”信號恢復(fù)，開始出現(xiàn)“EXCN alarm”和“EXCN trip”。1號機組電氣保護(hù)跳閘，走停機流程。其他運行方式不變。

3 處理過程

（1）值守人員

立即通知ON-CALL人員進(jìn)入現(xiàn)場確認(rèn)發(fā)變組保護(hù)盤失磁保護(hù)報警信號并檢查勵磁系統(tǒng)報警情況；通知運維負(fù)責(zé)人及相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)，說明1號機組抽水工況跳機報警情況，通知設(shè)備專責(zé)進(jìn)行缺陷處理；立即向調(diào)度說明現(xiàn)場情況。

（2）ON-CALL 人員

現(xiàn)場檢查保護(hù)盤柜，有“失磁保護(hù)動作”報警；1號機組勵磁控制盤有“EXC. TRSF CB FAIL”和“STOP OVERTIME”報警，滅磁開關(guān)和勵磁變交流開關(guān)均已分開；機械保護(hù)柜和現(xiàn)地控制盤光子盤均有電氣保護(hù)跳閘信號。

（3）情況梳理

導(dǎo)致該缺陷發(fā)生的原因可能有以下幾方面：

1）發(fā)變組保護(hù)誤動作；

2）勵磁控制柜電源故障；

3）勵磁控制柜主通道控制板GMR3故障。

（4）問題排查

現(xiàn)地檢查發(fā)變組保護(hù)控制器錄波，錄波顯示轉(zhuǎn)子電流已消失（圖1），確實已經(jīng)達(dá)到失磁保護(hù)動作的定值（圖2），保護(hù)動作正常，排除保護(hù)誤動作的可能。

圖1 1號機組電動工況失磁保護(hù)動作錄波圖

圖2 1號機組電動工況失磁保護(hù)定值

查看勵磁系統(tǒng)報警信息，勵磁報警出現(xiàn)的先后順序為“EXC. TRSF CB FAIL（勵磁變交流開關(guān)故障）”和“STOP OVERTIME（勵磁停機程序超時）”，結(jié)合監(jiān)控系統(tǒng)報警信息，初步判斷勵磁故障。

通過監(jiān)控和勵磁系統(tǒng)的報警，判斷勵磁控制器電源輸出電壓異?；蛘咂渌?，導(dǎo)致勵磁控制器程序異常，部分開入和開出信號丟失，因此監(jiān)控會有“EXCN OPERATING”、“EXCN REGULATOR AUTO”信號丟失。正常情況下，勵磁系統(tǒng)控制器中，以上兩個信號丟失，勵磁會報“EXC TRIP”將勵磁程序終止，并跳滅磁開關(guān)。但是由于勵磁控制器處于死機狀態(tài)，無法報跳閘信號，滅磁開關(guān)無法跳開。從監(jiān)控數(shù)據(jù)庫中可查到，勵磁信號丟失后，勵磁電流和定子電壓都開始下降，該過程導(dǎo)致勵磁變開關(guān)跳閘，勵磁控制器出勵磁變交流開關(guān)故障。勵磁變交流開關(guān)跳開后，失磁保護(hù)動作，出口電氣保護(hù)跳閘，才將滅磁開關(guān)跳開，機組抽水運行跳機。

（5）確定故障點

缺陷發(fā)生后，運維人員立即趕到現(xiàn)場進(jìn)行處理。并通過監(jiān)控、保護(hù)及勵磁系統(tǒng)報警分析缺陷原因。根據(jù)分析結(jié)果，定位缺陷部位可能為勵磁控制器供電電源模塊和勵磁控制器控制板。

（6）處理步驟

本次故障由監(jiān)控系統(tǒng)“EXCN OPERATING”、“EXCN REGULATOR AUTO”信號丟失開始，因此先分析了這兩個信號丟失的原因?！癊XCN OPERATING”是勵磁啟動流程中的綜合信號，該信號的部分邏輯如圖3所示。該信號正常，勵磁系統(tǒng)才正常執(zhí)行，發(fā)勵磁啟動令。但是，該信號丟失的原因也較復(fù)雜，除圖3所示部分外，勵磁系統(tǒng)內(nèi)的開關(guān)狀態(tài)、勵磁控制方式、勵磁ready信號等都會影響該信號，因此該信號無法定位故障原因。然而，正常情況下，“EXCN OPERATING”邏輯中的任何一個條件不滿足，都會出勵磁報警和勵磁跳閘，但本次缺陷中監(jiān)控系統(tǒng)和勵磁控制器中均無任何相關(guān)報警，因此判斷當(dāng)時勵磁控制器處于死機狀態(tài)，無法正常工作。但勵磁控制器死機的具體原因無法確定，因此運維人員進(jìn)行了以下試驗進(jìn)行逐一排除。

圖3 勵磁控制器中“EXCN OPERATING”信號邏輯圖

1）利用直流電源給勵磁系統(tǒng)主通道供電，發(fā)現(xiàn)電源較低時，主通道自動切至備用通道，且無法再將該通道切為主通道。該項試驗證明，電源模塊的輸出電壓確實對勵磁控制器的工作有影響，但無法模擬本次缺陷發(fā)生的情景。

2）進(jìn)行手動開機試驗，試驗過程中，切換主通道和備用通道，兩個通道切換正常，無異常現(xiàn)象。通道斷電切換時，監(jiān)控會有“EXCN OPERATING”、“EXCN REGULATOR AUTO”信號丟失，但信號不到1s時間均能恢復(fù)正常，手動切換通道，監(jiān)控?zé)o任何報警。該試驗證明，電源異常時，勵磁通道切換時，監(jiān)控會有“EXCN OPERATING”、“EXCN REGULATOR AUTO”信號丟失，但通道切換后，勵磁系統(tǒng)可正常工作，不影響機組運行。本次缺陷具有偶發(fā)性，故障現(xiàn)象無法重現(xiàn)。

3）為了保證缺陷不再發(fā)生，運維人員決定將勵磁控制器的電源模塊和控制板均更換，具體情況如下：

①更換電源模塊，將舊版本的電源模塊更換，更換后，電源模塊輸出電壓由原來的21V提高到24V，可更穩(wěn)定、可靠地為控制器供電。

②更換主通道的控制板（GMR3板），重新下裝程序和參數(shù)，保證控制器工作正常，舊的控制板返回廠家測試，進(jìn)一步查找原因。

③進(jìn)行小電流試驗，驗證控制板的觸發(fā)脈沖正確，確保可控硅工作正常。

④進(jìn)行手動開機和假同期試驗，確保各項參數(shù)正常。

4 原因分析

通過監(jiān)控和勵磁系統(tǒng)的報警，懷疑勵磁控制器電源輸出電壓異常，導(dǎo)致勵磁控制器程序異常，部分開入和開出信號丟失，因此監(jiān)控會有“EXCN OPERATING”、“EXCN REGULATOR AUTO”信號丟失。勵磁系統(tǒng)控制器中，如果勵磁運行過程中這兩個信號丟失，勵磁會報“EXC TRIP”將勵磁程序終止，并跳滅磁開關(guān)。但是由于勵磁控制器處于死機狀態(tài)，無法報跳閘信號，滅磁開關(guān)無法跳開。從監(jiān)控數(shù)據(jù)庫中可查到，勵磁信號丟失后，勵磁電流和定子電壓都開始下降，該過程導(dǎo)致勵磁變開關(guān)跳閘，勵磁控制器出勵磁變交流開關(guān)故障。勵磁變交流開關(guān)跳開后，失磁保護(hù)動作，出口電氣保護(hù)跳閘，才將滅磁開關(guān)跳開，機組抽水運行跳機。

5 暴露問題

（1）1號機組勵磁控制器于2011年完成改造，其電源模塊已工作6年，需要加強關(guān)注。

（2）勵磁控制板返回廠家檢測，其檢測結(jié)果將作為勵磁控制板的重點關(guān)注對象。

6 防止對策

為預(yù)防和控制同類缺陷再次發(fā)生而采取的技術(shù)措施、管理措施，以及舉一反三的排查和防控措施等見表1。

表1

7 結(jié)束語

本文針對某抽水蓄能電廠水泵水輪發(fā)電機組在水泵工況運行過程中，由于1號機組勵磁“EXCN OPERATING”、“EXCN REGULATOR AUTO”信 號丟失。勵磁電流和定子電壓下降、勵磁變交流開關(guān)故障、勵磁下降、失磁保護(hù)動作、電氣保護(hù)跳閘、機組跳機原因進(jìn)行認(rèn)真分析及相應(yīng)的檢查處理過程進(jìn)行了介紹，可以看出，通過監(jiān)控和勵磁系統(tǒng)的報警，判斷勵磁控制器電源輸出電壓異常原因，導(dǎo)致勵磁控制器程序異常，部分開入和開出信號丟失，監(jiān)控會有“EXCN OPERATING”、“EXCN REGULATOR AUTO”信號丟失。因此，一是采取更換電源模塊，將舊版本的電源模塊更換后，電源模塊輸出電壓由原來的21V提高到24V，可更穩(wěn)定、可靠地為控制器供電。二是更換主通道的控制板（GMR3板），重新下裝程序和參數(shù)，保證控制器工作正常。通過近一段時間設(shè)備的運行情況看，取得了比較理想的效果。