發(fā)電機(jī)勵(lì)磁碳刷在EDPF-NTPLUS中的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

韓麗

國家能源集團(tuán)山東石橫熱電有限公司 山東肥城 271621

在所有的有刷發(fā)電機(jī)電氣運(yùn)行規(guī)程中，發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行中的檢查項(xiàng)目里都會(huì)包括碳刷無過短、過熱、跳動(dòng)、卡澀、冒火現(xiàn)象；所采用的檢查方法包括用紅外成像測(cè)溫，鉗形電流表測(cè)電流，不管是測(cè)溫還是測(cè)電流都需人員定期手動(dòng)測(cè)量，周期長的每月或每周一測(cè)，周期短的每日一測(cè)。由于測(cè)電流費(fèi)時(shí)費(fèi)力，不少電廠甚至不測(cè)電流，只測(cè)溫，而測(cè)溫一旦發(fā)現(xiàn)超溫，人員容易慌亂，這時(shí)已經(jīng)是碳刷均流度很差，沒有實(shí)時(shí)電流數(shù)據(jù)想快速找出分流差的碳刷很難，隨時(shí)間推移，造成接觸與滑環(huán)發(fā)熱的劣化循環(huán)，留下了很大的安全隱患。

目前，有的電廠逐步引進(jìn)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁碳刷電流在線裝置，安裝在碳刷就地附近，通過電流傳感器來反應(yīng)碳刷電流的大小，以此來判斷碳刷運(yùn)行狀況。運(yùn)行人員根據(jù)電流高限遠(yuǎn)傳報(bào)警和定期巡檢來發(fā)現(xiàn)碳刷異常情況。工作效率低，問題發(fā)現(xiàn)不及時(shí)。一旦電流高限報(bào)警，運(yùn)行人員容易慌亂。

1 立項(xiàng)背景

1.1 案例

某電廠發(fā)電機(jī)為東方電機(jī)有限責(zé)任公司制造的QFQS-200-2型三相交流隱極式同步發(fā)電機(jī)。某日，有功功率170MW，無功功率56MVar，轉(zhuǎn)子電壓293V，轉(zhuǎn)子電流1309A。21時(shí)13分，運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)滑環(huán)處有弧光和火苗冒出，21時(shí)16分49秒、57秒盤前“發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地”、“發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地”光字報(bào)警相繼發(fā)出，17分45秒將#5汽輪機(jī)打閘，手動(dòng)將發(fā)電機(jī)解列。

停機(jī)后檢查發(fā)現(xiàn)，靠近發(fā)電機(jī)的負(fù)極滑環(huán)側(cè)損壞嚴(yán)重，刷盒有4個(gè)幾乎全部燒熔，2個(gè)碳刷刷辮燒斷，其余4個(gè)刷盒內(nèi)的碳刷不同程度燒熔，2個(gè)刷架上固定刷盒的堵板燒損，碳刷架上絕緣板部分碳化，刷架底座上MS尼龍螺栓部分熔化，導(dǎo)電環(huán)及刷架支座沿內(nèi)圓圓弧部分燒熔，集電環(huán)表面燒損痕跡明顯，內(nèi)側(cè)絕緣筒碳化嚴(yán)重，集電環(huán)表面及轉(zhuǎn)子大軸臺(tái)階處有弧光灼傷的麻點(diǎn)。

1.2 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁碳刷維護(hù)現(xiàn)狀

長期以來因發(fā)電機(jī)勵(lì)磁碳刷維護(hù)不當(dāng)引發(fā)的環(huán)火事故造成的非計(jì)劃停機(jī)，給不少發(fā)電廠造成較大經(jīng)濟(jì)損失。環(huán)火事故發(fā)生突然，時(shí)間短，難于及時(shí)處理，往往造成集電環(huán)刷握以及碳刷的燒損，維修費(fèi)用高、周期長。目前，在發(fā)電廠，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁碳刷維護(hù)現(xiàn)狀如下：

現(xiàn)狀一：隨著機(jī)組運(yùn)行年限的增加，從碳刷分流的相對(duì)平衡到嚴(yán)重失衡的周期越來越短，不少電廠在發(fā)生打火甚至環(huán)火事故后，已由之前的每月一測(cè)或每周一測(cè)改為每日一測(cè)，工作量顯著增加。

現(xiàn)狀二：很多電廠碳刷電流分配嚴(yán)重不平衡運(yùn)行比較普遍，之所以未廣泛頻繁發(fā)生環(huán)火事故，風(fēng)扇散熱起了關(guān)鍵作用；但是只要存在大電流碳刷，發(fā)電機(jī)碳刷系統(tǒng)就相當(dāng)于處在一個(gè)危險(xiǎn)邊緣，應(yīng)當(dāng)引起注意。

現(xiàn)狀三：雖然有風(fēng)扇散熱這一安全保險(xiǎn)，但是碳刷均流度差相當(dāng)于碳刷系統(tǒng)始終工作在危險(xiǎn)臨界點(diǎn)附近，一旦均流度再次惡化，即使有散熱風(fēng)扇做保險(xiǎn)也無濟(jì)于事，特別是當(dāng)夏季高峰負(fù)荷來臨，環(huán)境溫度高，勵(lì)磁總電流增大，碳刷均流度差，再加上人員維護(hù)不及時(shí)，碳刷系統(tǒng)發(fā)生環(huán)火事故的概率非常大，況且散熱系統(tǒng)本身也可能出問題，這也是為什么每年都有電廠發(fā)生環(huán)火事故的直接原因。

現(xiàn)狀四：人員定期點(diǎn)檢，更多是當(dāng)碳刷出現(xiàn)打火，斷辮等明顯異?，F(xiàn)象時(shí)，才發(fā)現(xiàn)問題并報(bào)告，一定程度上造成了事態(tài)的加重，而且只針對(duì)打火、斷辮碳刷做維護(hù)并不能從根本上解決碳刷均流度差。

現(xiàn)狀五：碳刷電流手動(dòng)測(cè)量弊端明顯，環(huán)境惡劣高溫高燥測(cè)量不便，人員距離大軸很近且測(cè)量耗時(shí)長，也存在對(duì)人員及發(fā)電機(jī)的危險(xiǎn)性。

現(xiàn)狀六：很多發(fā)電機(jī)在出廠時(shí)就會(huì)存在先天不分或少分電流的碳刷，難以解決，尤其是2000年之后出現(xiàn)多碳刷合一的恒壓刷握，也正是因?yàn)檫@一缺陷，剩余碳刷的電流平衡問題就更值得我們重視。

現(xiàn)狀七：發(fā)電機(jī)廠家考慮到成本與空間的因素，碳刷冗余度做的不高是一個(gè)普遍情況，一旦均流度變差，將很容易出現(xiàn)大電流碳刷。

將人工定期測(cè)量改造為系統(tǒng)后臺(tái)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，可第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)問題碳刷，及時(shí)處理碳刷接觸不良、震動(dòng)等造成的分流不良情況，盡量調(diào)整各個(gè)碳刷電流基本平衡，避免出現(xiàn)大電流碳刷，消滅環(huán)火事故于萌芽中，真正做到預(yù)防環(huán)火及更大事故的發(fā)生。

2 應(yīng)用設(shè)計(jì)與實(shí)施

利用機(jī)組小修時(shí)機(jī)，通過軟硬件相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了#6發(fā)電機(jī)勵(lì)磁碳刷在公司EDPF-NTPLUS系統(tǒng)中的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

2.1 硬件安裝

安裝發(fā)電機(jī)勵(lì)磁碳刷電流在線監(jiān)測(cè)主機(jī)一臺(tái)，監(jiān)測(cè)主機(jī)為壁掛安裝，安裝在發(fā)電機(jī)車衣內(nèi)，與所敷設(shè)的電流信號(hào)電纜、電源線及報(bào)警電纜固定在車衣上，便于在發(fā)電機(jī)檢修時(shí)同車衣一體進(jìn)行拆裝，接線為插頭插接式，方便檢修。

在發(fā)電機(jī)正負(fù)極刷架上各安裝八組碳刷電流傳感器，每個(gè)刷握對(duì)應(yīng)一個(gè)傳感器組。就地共安裝96個(gè)霍爾傳感器（300MW機(jī)組），并與碳刷電流裝置主機(jī)相連接。主機(jī)主界面碳刷編號(hào)及位置如圖1所示，其刷握位置編號(hào)如圖2所示。每個(gè)傳感器可實(shí)時(shí)采集發(fā)電機(jī)勵(lì)磁碳刷電流信息，即本地實(shí)時(shí)顯示發(fā)電機(jī)96個(gè)碳刷電流變化，按照預(yù)置的報(bào)警值，在碳刷電流超過預(yù)置報(bào)警值時(shí)，提供電流超限報(bào)警顯示，提醒維護(hù)人員檢修。

圖2 刷握編號(hào)位置圖

2.2 控制電纜敷設(shè)并接線

（1）一路裝置電源，由UPS接入碳刷電流裝置主機(jī)，給裝置供電。

（2）一根通訊電纜，由碳刷電流裝置主機(jī)接入EDPFNTPLUS系統(tǒng)COM卡第一通道。

（3）一根光字牌報(bào)警電纜，由碳刷電流裝置主機(jī)接入EDPF-NTPLUS系統(tǒng)相應(yīng)DI卡件。

2.3 EDPF-NTPLUS系統(tǒng)COM卡件及AI測(cè)點(diǎn)組態(tài)

2.3.1 新建測(cè)點(diǎn)

EDPF-NTPLUS系統(tǒng)中，新建96個(gè)AI測(cè)點(diǎn)，與96個(gè)霍爾傳感器傳輸電流一一對(duì)應(yīng)。模擬量測(cè)點(diǎn)的順序?yàn)锳1（1-6）、A2（1-6）、A3（1-6）、A4（1-6）、A5（1-6）、A6（1-6）、A7（1-6）、A8（1-6）；B1（1-6）、B2（1-6）、B3（1-6）、B4（1-6）、B5（1-6）、B6（1-6）、B7（1-6）、B8（1-6）。

2.3.2 邏輯組態(tài)

對(duì)EDPF-NTPLUS系統(tǒng)中的相關(guān)COM卡進(jìn)行組態(tài)，定義COM卡功能為AI功能，建立虛擬COM-AI卡件1（定義為：1-32通道）、COM-AI卡件2（定義為：33-64通道）、COM-AI卡件3（定義為：65-96通道）。96個(gè)傳感器與96個(gè)通道一一對(duì)應(yīng)。每個(gè)COM-AI卡件中自定義屬性中，數(shù)據(jù)類型必須設(shè)置為0:int16，字節(jié)順序類型設(shè)置為0:b3b2b1b0，標(biāo)變系數(shù)a設(shè)置為1.0，標(biāo)變系數(shù)b設(shè)置為0.0。

2.3.3 繪制相關(guān)邏輯圖

對(duì)A、B兩側(cè)各48個(gè)測(cè)點(diǎn)分別做邏輯求和，顯示實(shí)時(shí)勵(lì)磁電流。

2.3.4 新增1個(gè)DI報(bào)警點(diǎn)

EDPF-NTPLUS系統(tǒng)中，新建1個(gè)DI測(cè)點(diǎn)，碳刷電流裝置主機(jī)出現(xiàn)電流超限報(bào)警時(shí)，在EDPF-NTPLUS系統(tǒng)中通過軟光字牌進(jìn)行報(bào)警。

2.3.5 繪制“碳刷電流監(jiān)測(cè)”實(shí)時(shí)畫面圖

EDPF-NTPLUS系統(tǒng)“發(fā)變組系統(tǒng)”畫面中，增加“碳刷電流監(jiān)測(cè)”按鈕，對(duì)“碳刷電流監(jiān)測(cè)”實(shí)時(shí)畫面進(jìn)行組態(tài)。

2.4 通訊設(shè)置與調(diào)試

EDPF-COMII模塊是EDPF分布式高速智能測(cè)量測(cè)控網(wǎng)絡(luò)中的智能通訊單元，碳刷監(jiān)測(cè)電流主機(jī)通過RS485串行口，以MODBUS協(xié)議為規(guī)約，用通訊電纜與EDPF-COMII模塊連接。

2.4.1 通訊任務(wù)配置

（1）建立用戶超級(jí)終端配置。在win98，winNT或往后更高級(jí)的系統(tǒng)里，選“程序”-＞“附件”-＞“超級(jí)終端”，雙擊Hypertrm，輸入自定名稱（如：COM_SET）“確定”，選“直接連接到串口1”；端口設(shè)置：波特率=9600，數(shù)據(jù)位=8，奇偶校驗(yàn)=無，停止位=2，流控制=無?！按_定”。保存退出。

（2）啟動(dòng)終端，設(shè)置EDPF-COM參數(shù)。在“程序”-＞“附件”-＞“超級(jí)終端”中，雙擊COM_SET，進(jìn)入終端程序。檢查RS232通訊電纜兩端分別與PC機(jī)和COM模塊接好。COM模塊上電，終端程序界面顯示輸入口令，并有調(diào)試信息連續(xù)顯示，此時(shí)輸入DNA123?；剀嚰达@示通訊配置提示符“#”及“歡迎使用EDPF2000-COM模塊”，先輸入“T=0”取消調(diào)試信息的輸出顯示。

（3）設(shè)置COM卡端口通訊參數(shù)。

命令#L=COM1，顯示COM卡端口1全部任務(wù)。

命令#D=COM1。刪除COM卡端口1全部任務(wù)，使COM卡端口1任務(wù)清空。

命令#S=COM19600N810M1000，設(shè)置COM卡端口1通訊參數(shù)。

參數(shù)設(shè)置命令含義如下：

第0項(xiàng)：需設(shè)定的通訊端口號(hào)（COM1或COM2）；

第1項(xiàng)：設(shè)定通訊口的波特率，碳刷電流監(jiān)測(cè)主機(jī)通訊規(guī)約波特率為9600；

第2項(xiàng)：表示奇偶校驗(yàn)，字母O表示奇校驗(yàn)，E表示偶校驗(yàn)，N表示無校驗(yàn)。

碳刷電流監(jiān)測(cè)主機(jī)通訊規(guī)約無奇偶校驗(yàn)；

第3項(xiàng)：表示8位數(shù)據(jù)位，不可變；

第4項(xiàng)：表示1位停止位，不可變；

5，6，7項(xiàng)相互關(guān)系如下：

第6項(xiàng)：表示將此口設(shè)定為MODBUS主站（M），還是從站（S）工作模式：

作從站時(shí)，第5項(xiàng)表示此口的從站地址，非硬件設(shè)定，可人為設(shè)定，第7項(xiàng)無意義。

作主站時(shí)，第5項(xiàng)無意義，

第7項(xiàng)表示此口的每項(xiàng)通訊任務(wù)執(zhí)行正確后的延時(shí)（X2ms），該項(xiàng)設(shè)置為2*1000ms。（注：延時(shí)低于2S時(shí)，碳刷電流監(jiān)測(cè)主機(jī)無法快速傳輸數(shù)據(jù)，DCS顯示電流測(cè)點(diǎn)為壞點(diǎn)）。

（4）填寫任務(wù)列表，將任務(wù)寫入COM卡。

命令#W=COM10131961500，填寫任務(wù)列表。

“=”后面有0~7共8個(gè)參數(shù)項(xiàng)，命令格式為：

COM1，TaskID（0-255），SLAVEADDR（1-128），F(xiàn)UNC，SAddr，NRe gs，MemSAddr，TOver

其中，參數(shù)含義如下：

①TASKID：從0開始的連續(xù)任務(wù)列表。

②SLAVEADDR：COM模塊要訪問的從站設(shè)備地址，一般由硬件設(shè)定。

③FUNC：MODBUS命令功能碼。功能碼3：讀取從站的保持寄存器（40001～）數(shù)據(jù)寫至內(nèi)存中。

④SAddr：MODBUS命令中要訪問的外設(shè)備的寄存器或線圈的起始地址。對(duì)功能碼1：讀從站的起始線圈的位地址。

⑤NRegs：MODBUS命令讀寫寄存器或者線圈的中數(shù)量（個(gè)數(shù)）。對(duì)功能碼1：線圈的個(gè)數(shù)，注意是位數(shù)！

⑥MemSAddr：MODBUS命令的輸入/輸出數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的內(nèi)存區(qū)起始地址。

⑦Tover：通訊任務(wù)執(zhí)行等待超時(shí)（單位為2ms）。

（5）編譯COM卡通訊任務(wù)。命令#C=COM1，編譯COM1上所有通訊任務(wù)。

編譯COM1上所有通訊任務(wù)編譯后，指定通訊端口任務(wù)才可生效。

（6）列出COM1上所有任務(wù)。命令#C=COM1，列出COM1上所有任務(wù)，再次檢查全部任務(wù)設(shè)置是否正確。

3 創(chuàng)新點(diǎn)

（1）加裝碳刷電流傳感器，傳感器分散布置于各個(gè)碳刷電流回路上通過線纜與主機(jī)（DEC-I型發(fā)電機(jī)碳刷電流監(jiān)測(cè)裝置）相連，裝置可以對(duì)傳感器自動(dòng)校準(zhǔn)，無需用戶校準(zhǔn)，電流傳感器可實(shí)時(shí)采集發(fā)電機(jī)勵(lì)磁碳刷電流信息。傳感器可隨意互換，沒有與主機(jī)接口一一對(duì)應(yīng)限制。傳感器支持熱插拔，維修更換問題碳刷裝置無需斷電，不影響其它碳刷電流監(jiān)測(cè)。

（2）采用485通訊接口，進(jìn)行大量數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳，傳輸效率高、成本低。

（3）通過邏輯組態(tài)，結(jié)合MODBUS通訊協(xié)議規(guī)約、配置DCS參數(shù)、進(jìn)行邏輯組態(tài)、通訊聯(lián)調(diào)，實(shí)現(xiàn)集控室內(nèi)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。

（4）設(shè)置四級(jí)報(bào)警門檻，實(shí)現(xiàn)多級(jí)預(yù)警。

（5）打破了DEC-I型發(fā)電機(jī)碳刷電流監(jiān)測(cè)這一專利產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)EDPF-NTPLUS系統(tǒng)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的技術(shù)瓶頸，形成了成套的設(shè)計(jì)、應(yīng)用方案，具有很好的推廣應(yīng)用價(jià)值。

4 應(yīng)用簡(jiǎn)介

總投資15萬元。改造成本低、時(shí)間短，5-7天即可完成包括霍爾安裝、控制回路接線、邏輯組態(tài)、通訊調(diào)試等全部工作，在機(jī)組調(diào)停、小修期間均可進(jìn)行。

該成果以發(fā)電機(jī)碳刷在線電流監(jiān)測(cè)裝置為硬件，以EDPFNTPLUS系統(tǒng)為平臺(tái)，加裝霍爾傳感器、敷設(shè)電源線、通訊線和報(bào)警線。增加COM通訊卡。配置DCS參數(shù)、進(jìn)行邏輯組態(tài)、系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁碳刷在公司EDPF-NTPLUS系統(tǒng)中的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。成果應(yīng)用后，碳刷運(yùn)行維護(hù)工作，變被動(dòng)模式為主動(dòng)控制碳刷電流相對(duì)平衡的模式。從根本上避免過熱碳刷打火及斷辮事故的發(fā)生，保證了機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

5 結(jié)語

目前，山東石橫熱電有限公司已相繼完成#5、6（自并勵(lì)）發(fā)電機(jī)勵(lì)磁碳刷在EDPF-NTPLUS中的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。該成果打破了DEC-I型發(fā)電機(jī)碳刷電流監(jiān)測(cè)這一專利產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)DCS遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的技術(shù)瓶頸，形成了成套的設(shè)計(jì)、應(yīng)用方案。可以在兄弟單位或同類型機(jī)組中推廣應(yīng)用，具有很好的推廣應(yīng)用價(jià)值。