發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器通道故障及在線處理

何欣然

（西安交通大學(xué)電氣75班，陜西西安 710049）

引言

某能源廠有2 臺(tái)N15-4.30 型15 MW 凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組（編號(hào)1#、2#），其發(fā)電機(jī)為QFW-15-2A型，勵(lì)磁機(jī)由一臺(tái)主勵(lì)磁機(jī)和一臺(tái)副勵(lì)磁機(jī)組成，其主勵(lì)磁機(jī)采用一臺(tái)三相交流無(wú)刷勵(lì)磁機(jī)，副勵(lì)磁機(jī)采用一臺(tái)TFY2.85-3000C 單相永磁發(fā)電機(jī)，其系統(tǒng)見(jiàn)圖1。

圖1 15 MW凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)示意圖

自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器采用DVR-2000B 微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，工作在主、備用方式。主通道工作，副通道作為熱備用跟蹤工作通道，并能進(jìn)行無(wú)擾動(dòng)切換。

1 故障發(fā)生

2019 年4 月24 日2#汽輪發(fā)電機(jī)組在8 h 定修結(jié)束后，16：25正常啟動(dòng)，17：05發(fā)電機(jī)并網(wǎng)，微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器B通道（主）運(yùn)行，A通道（副）跟蹤。

機(jī)組運(yùn)行至19：00 左右，DVR-2000B 微機(jī)勵(lì)磁控制柜里的微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器A 通道上的“通道故障”紅燈亮，發(fā)電機(jī)后臺(tái)電腦報(bào)“2#發(fā)電機(jī)保護(hù)測(cè)控屏-發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)單元-CHA 故障”。當(dāng)班人員在檢查發(fā)電機(jī)，確認(rèn)系統(tǒng)運(yùn)行正常后，按“RST”復(fù)位鍵，該報(bào)警消除。20：00 左右微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器A、B通道均報(bào)“通道故障”，后臺(tái)電腦也報(bào)“CHA、CHB 故障”無(wú)法復(fù)位。詳見(jiàn)圖2。

圖2 監(jiān)控電腦故障信息

2 故障臨時(shí)處理

當(dāng)班職工檢查發(fā)電機(jī)、主副勵(lì)磁機(jī)及輔機(jī)工作無(wú)異常；檢查微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器各部件及接線，無(wú)松動(dòng)、變色現(xiàn)象；觀察勵(lì)磁調(diào)節(jié)器表計(jì)，檢查機(jī)端三相電壓平均值UG1、定子三相電流平均值IG1、勵(lì)磁電流IFD、手動(dòng)PID 的給定參考電流IFR、自動(dòng)PID 的給定參考電壓VGR、觸發(fā)角ARF 等未發(fā)現(xiàn)異常；操作通道選擇開(kāi)關(guān)，由自動(dòng)切換成手動(dòng)；操作減磁/增磁開(kāi)關(guān)，增減磁功能正常；當(dāng)班人員經(jīng)過(guò)上述排查，確認(rèn)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)尚可維持運(yùn)行，但通道報(bào)警無(wú)法消除。

為減少該報(bào)警音對(duì)值班員監(jiān)控機(jī)組的干擾，運(yùn)行人員將微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器A、B 通道菜單中的“保護(hù)投退”欄中的“自檢故障”由“投入”改為“退出”，A、B通道的“通道故障”紅燈滅，DVR 勵(lì)磁裝置兩通道退出自檢，備用通道A 恢復(fù)跟蹤備用功能。此時(shí)如遇電力系統(tǒng)異常，裝置仍可以正常動(dòng)作起到保護(hù)作用。但由于退出自檢，裝置自身異常無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)，一旦裝置自身故障擴(kuò)大，主副勵(lì)磁調(diào)節(jié)器都不能正常工作，將會(huì)使發(fā)電機(jī)有失磁危險(xiǎn)。為了查找故障原因，及時(shí)消除發(fā)電生產(chǎn)安全隱患，仍需對(duì)調(diào)節(jié)器做進(jìn)一步排查。

3 故障排查

3.1 測(cè)量1#機(jī)與2#機(jī)勵(lì)磁裝置的對(duì)地電壓，據(jù)此參考分析現(xiàn)場(chǎng)主副勵(lì)磁調(diào)節(jié)器屏蔽、電源品質(zhì)、裝置絕緣狀況

考慮到該勵(lì)磁裝置在線運(yùn)行，故障排查只能在不影響生產(chǎn)的情況下按先易后難的原則進(jìn)行。因?yàn)?#機(jī)與2#機(jī)在完全相同的環(huán)境下工作，1#機(jī)勵(lì)磁裝置工作正常，2#機(jī)發(fā)生通道故障報(bào)警，故障排查最簡(jiǎn)單的方法是對(duì)兩機(jī)組勵(lì)磁裝置做個(gè)對(duì)比，找出明顯偏差點(diǎn)。遂決定先對(duì)1#機(jī)與2#機(jī)的勵(lì)磁裝置進(jìn)行一些輔助測(cè)量工作，以便對(duì)比分析?？紤]到絕緣搖表沒(méi)有萬(wàn)用表好控制，為避免絕緣搖表過(guò)電壓，會(huì)使裝置損壞，決定采用萬(wàn)用表電壓檢測(cè)法，測(cè)量1#機(jī)與2#機(jī)勵(lì)磁裝置的對(duì)地電壓(見(jiàn)表1)，通過(guò)對(duì)比相同環(huán)境下1#機(jī)與2#機(jī)勵(lì)磁裝置的對(duì)地電壓數(shù)值，據(jù)此參考分析現(xiàn)場(chǎng)主副勵(lì)磁調(diào)節(jié)器屏蔽、電源品質(zhì)、裝置絕緣狀況。

表1 1#機(jī)與2#機(jī)勵(lì)磁裝置的對(duì)地電壓

從檢測(cè)數(shù)據(jù)看，1#機(jī)和2#機(jī)勵(lì)磁裝置的對(duì)地電壓數(shù)值沒(méi)有明顯偏差，沒(méi)能發(fā)現(xiàn)2#機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器故障的可疑原因。

3.2 過(guò)去常見(jiàn)故障點(diǎn)排查

該機(jī)組自2007 年投產(chǎn)以來(lái)，勵(lì)磁裝置運(yùn)行穩(wěn)定，只出現(xiàn)過(guò)兩次因5 V 電源模塊輸出電壓降低CPU工作失常而更換電源模塊的情況。

2#機(jī)DVR2000B 勵(lì)磁裝置最近一次精度校驗(yàn)是2017 年1 月，當(dāng)時(shí)的精度校驗(yàn)合格，未進(jìn)行模塊更換。經(jīng)過(guò)對(duì)副勵(lì)磁調(diào)節(jié)器（A）故障信息進(jìn)一步檢查，發(fā)現(xiàn)“故障追憶”CAN 通訊故障顯示5 V 電壓為4.73 V，“測(cè)量顯示”參數(shù)中顯示副調(diào)節(jié)器的5 V、12 V工作電壓均正常。

勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置自檢是高頻運(yùn)行，若5V電壓有瞬時(shí)偏低，而測(cè)量顯示是有效值，不能反映瞬時(shí)異常。

裝置設(shè)置的電壓報(bào)警限是±5%，可能存在電源劣化，5 V 電壓低于報(bào)警限發(fā)生故障報(bào)警，5 V 電源主要是主機(jī)板CPU 與通訊工作電壓，4 V 能滿足CPU正常運(yùn)行。

2019 年5 月16 日，再次對(duì)2#機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行在線檢查5 V 工作電壓，5 V 電壓波形穩(wěn)定，最高5.4 V、最低4.6 V，排除調(diào)節(jié)器電源電壓紊亂故障。

3.3 對(duì)2#機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)信號(hào)電纜的屏蔽接地檢查

2#機(jī)DVR2000B 勵(lì)磁系統(tǒng)信號(hào)使用屏蔽線，一點(diǎn)接地完好。

3.4 副勵(lì)磁調(diào)節(jié)器檢查

2#機(jī)DVR2000B 勵(lì)磁裝置報(bào)CAN、CAB 通訊故障，是副勵(lì)磁調(diào)節(jié)器（通道A）首發(fā)，決定先在線檢查副勵(lì)磁調(diào)節(jié)器。

檢查CAN 通訊信號(hào)：CAN 通訊是主副勵(lì)磁調(diào)節(jié)器之間通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線CAN-BUS 進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和協(xié)調(diào)控制。根據(jù)CAN 總線差分信號(hào)工作原理，當(dāng)顯性（0）時(shí)，CAN-H 是高電平，CAN-L 是低電平，兩者之差約為2.5 V；當(dāng)隱性（1）時(shí)，CAN-H與CAN-L 電平一致,差值為0 V。通過(guò)測(cè)量副調(diào)節(jié)器CAN 通訊波形，發(fā)現(xiàn)通訊波形紊亂沒(méi)顯示出此特性，而且高電平有效值0.8 V，CAN-H 與CAN-L 最大差值約為1.6 V，不符合CAN通信工作特性。

對(duì)比1#發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器通訊信號(hào)檢查，1#機(jī)CAN通訊的正常波形。

故障排查結(jié)論：根據(jù)故障報(bào)警首發(fā)信息及在線檢測(cè)分析，確認(rèn)2#機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)CAN通訊異常。

4 故障處理

由于通訊單元集成在勵(lì)磁調(diào)節(jié)器主機(jī)板（CPU板），為了不影響機(jī)組生產(chǎn)運(yùn)行，決定在線更換副調(diào)節(jié)器主機(jī)板,分以下幾個(gè)步驟進(jìn)行。

4.1 在線更換2#機(jī)勵(lì)磁副調(diào)節(jié)器的主機(jī)板及電源卡

(1)將主副調(diào)節(jié)器聯(lián)鎖解耦。

(2)切斷副調(diào)節(jié)器電源板電源。

(3)更換主機(jī)板，恢復(fù)接線端子排。

(4)電源板上電檢查。更換主機(jī)板后，副調(diào)節(jié)器上電，將裝置自檢投入后，通道故障未發(fā)生報(bào)警，對(duì)CAN通訊檢查，波形與1#機(jī)組類(lèi)似，CAN-H與CANL最大差值約為2.8 V。

（5）對(duì)更換主機(jī)板的副調(diào)節(jié)器進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和調(diào)整。

（6）更換電源卡。在精度調(diào)整時(shí)發(fā)現(xiàn)12 V電源電壓偏低（11.16 V），于是在參數(shù)調(diào)整完成后將電源Ι更換，12 V電源顯示正常。

4.2 主副通道互切，驗(yàn)證其可切換性

6月13日做在線手動(dòng)切換試驗(yàn)，切換正常。

4.3 后續(xù)跟蹤驗(yàn)證

該裝置曾于2017年返廠校驗(yàn)，2年的校驗(yàn)周期已滿，2019 年9 月24 日機(jī)組停機(jī)檢修時(shí)，將調(diào)節(jié)器下線，進(jìn)行測(cè)控參數(shù)精度校驗(yàn)，精度校驗(yàn)合格。

5 在線故障處理注意事項(xiàng)

（1）正確使用工器具，防止副調(diào)節(jié)器功率單元信號(hào)和強(qiáng)電線路短路或接地，造成勵(lì)磁系統(tǒng)故障擴(kuò)大，導(dǎo)致機(jī)組停機(jī)。

（2）檢修更換電源板時(shí)先確認(rèn)電源開(kāi)關(guān)處于斷開(kāi)位置，防止調(diào)節(jié)器發(fā)生誤上電。

（3）主運(yùn)行調(diào)節(jié)器檢查前，必須先手動(dòng)在線切換，退出主運(yùn)行。切換時(shí)主副調(diào)節(jié)器須滿足觸發(fā)角、UGR、IFR三條件一致。

（4）調(diào)節(jié)器設(shè)置有顯示參數(shù)精度調(diào)整，新老主機(jī)板對(duì)12 V 電壓信號(hào)的測(cè)量精度調(diào)整的偏差會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)顯示不一致現(xiàn)象。

（5）當(dāng)勵(lì)磁系統(tǒng)信號(hào)測(cè)量偏差過(guò)大，會(huì)影響裝置自動(dòng)控制精度，導(dǎo)致裝置發(fā)生誤報(bào)警，從而影響生產(chǎn)的正常運(yùn)行。定期進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)校驗(yàn)，可以消除測(cè)量誤差，從測(cè)量信號(hào)的漂移量反映出設(shè)備劣化程度，從而科學(xué)安排備件及檢修間隔周期，保證設(shè)備處于良好狀態(tài)。

6 結(jié)束語(yǔ)

發(fā)電機(jī)組微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器專(zhuān)業(yè)技術(shù)含量高，涉及通訊、集成電路和計(jì)算機(jī)芯片等技術(shù)，電廠運(yùn)行人員一般只會(huì)對(duì)其進(jìn)行操作和做簡(jiǎn)單的故障現(xiàn)象描述，本文提供了一個(gè)微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器在線故障排查及處理的良好案例，有利于提高電廠運(yùn)行人員對(duì)微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器突發(fā)故障報(bào)警時(shí)的異常處置能力。