發(fā)電機(jī)勵磁故障分析及處理對策

沈 杰

（寶山鋼鐵股份有限公司能源環(huán)保部，上海 200941）

1 事件經(jīng)過

2021年5月13日16：58，寶鋼電廠0號發(fā)電機(jī)組出力為105 MW，正常運(yùn)行中突發(fā)故障跳閘。

在初期故障查找分析中，相關(guān)人員查閱DCS報警信息，懷疑是機(jī)組DCS系統(tǒng)卡件通訊異常，引起機(jī)組故障跳閘。通過4 h的查找分析，仍沒有查找到故障點(diǎn)。另一方面DCS通訊異常短時報警后已恢復(fù)正常。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，這種通訊異?；謴?fù)正常后，通常查找確認(rèn)原因非常困難。所以短時間內(nèi)面臨是否需要重新啟動機(jī)組的決策。

電氣專業(yè)人員通過對勵磁系統(tǒng)的相關(guān)報警記錄和波形進(jìn)行詳細(xì)的分析和研究，在較短時間內(nèi)查找到并確認(rèn)了故障點(diǎn)，避免了機(jī)組重新啟動后引起故障擴(kuò)大的隱患，并使得故障及時快速得到處理，為盡快恢復(fù)機(jī)組運(yùn)行提供了有力的支撐。

2 設(shè)備檢查情況

2.1 DCS系統(tǒng)報警檢查

（1）SOE事件記錄

查閱故障時刻DCS中SOE的記錄，見表1所列，為DCS中SOE記錄的故障時刻相關(guān)量動作時序。

表1 SOE記錄的故障時刻相關(guān)量動作時序

根據(jù)上述SOE記錄，ST（汽機(jī)）跳閘在先，勵磁系統(tǒng)故障在后，進(jìn)而觸發(fā)發(fā)電機(jī)跳閘、廠用電切換。

2.2 勵磁AVR柜報警

電氣專業(yè)對勵磁系統(tǒng)的相關(guān)報警進(jìn)行檢查，信息如下。

（1）AVR柜控制面板警報

AVR柜控制面板顯示“警報（Alarm）”“出錯（Error）”，按故障時報警時刻的先后時序，主要報警信息見表2所列。

通過查閱報警（Alarm）的故障代碼“25010”，提示勵磁系統(tǒng)發(fā)生可控硅異常，同時從表2中獲知，勵磁AVR通道1（CH1）及AVR通道2（CH2）均發(fā)生故障，觸發(fā)勵磁故障動作跳閘（Trip）。

表2 勵磁AVR柜報警信息

（2）AVR裝置故障錄波情況

查閱AVR裝置，確認(rèn)在故障時刻AVR裝置自帶的故障錄波功能錄取了相關(guān)的數(shù)據(jù)波形記錄，但記錄的是數(shù)據(jù)文件，在裝置顯示器上無法查閱波形，需要導(dǎo)出文件后在電腦上用專用軟件復(fù)原數(shù)據(jù)文件形成電氣波形。

（3）發(fā)變組保護(hù)盤動作檢查

故障發(fā)生后，檢查發(fā)變組保護(hù)盤（A盤、B盤）僅存在“Trip”“Alarm”指示燈亮，86T3出口繼電器動作，無詳細(xì)保護(hù)動作指示燈亮；控制面板僅記錄低頻保護(hù)動作信息。

檢查發(fā)變組保護(hù)壓板，發(fā)現(xiàn)0號機(jī)發(fā)變組保護(hù)盤改造后圖紙中標(biāo)注為“備用”的LP13壓板存在手寫字樣“AVR聯(lián)跳”且處于投入狀態(tài)，但查閱保護(hù)圖紙，發(fā)現(xiàn)LP13壓板的聯(lián)跳信息及回路在圖紙中缺失，即存在圖紙與實(shí)際跳閘回路不相符合的問題。

3 故障原因分析

3.1 故障過程分析

在初期故障查找分析中，相關(guān)人員根據(jù)表1中DCS報警信息，曾懷疑是機(jī)組DCS系統(tǒng)卡件通訊異常跳閘，使故障查找陷入困境。

電氣專業(yè)通過對勵磁系統(tǒng)的相關(guān)報警記錄，初步懷疑是勵磁故障問題，但是勵磁常見故障種類較多［1-3］，查找困難。分析認(rèn)為，需要對波形進(jìn)行詳細(xì)的研究，才能較快地查找到故障點(diǎn)。通過對勵磁AVR裝置內(nèi)故障錄波數(shù)據(jù)文件進(jìn)行復(fù)原，記錄故障時刻的波形如圖1所示，圖中橫坐標(biāo)是時間軸（單位為ms），縱坐標(biāo)為相應(yīng)電氣量有效值的標(biāo)幺值。

從表2勵磁AVR柜報警信息提示，可知勵磁系統(tǒng)一次回路發(fā)生故障；進(jìn)一步分析圖1中AVR裝置錄取的故障時刻發(fā)電機(jī)相關(guān)電氣量的波形可知，從故障起始時刻（圖中紅線所標(biāo)）開始，首先出現(xiàn)發(fā)電機(jī)電壓從100.5%開始下降，由于AVR裝置自動電壓閉環(huán)控制的功能，使得主勵磁機(jī)的勵磁電流增加、勵磁電壓增加（第1次增勵磁），但結(jié)果是發(fā)電機(jī)電壓并未增加反而繼續(xù)下降。勵磁由通道1（CH1）運(yùn)行自動切換至通道2運(yùn)行，并自動使勵磁電流及勵磁電壓再次增加（第2次增勵磁），結(jié)果還是發(fā)電機(jī)電壓并未增加反而繼續(xù)下降，最終使得AVR裝置自動發(fā)出磁場開關(guān)跳閘指令而停機(jī)。

圖1 AVR裝置錄取的故障時刻的電壓電流波形

3.2 故障源的查找判斷

從以上故障過程分析可知，本發(fā)電機(jī)組的三機(jī)勵磁系統(tǒng)中，AVR控制調(diào)節(jié)器在電壓閉環(huán)調(diào)節(jié)過程中副勵磁機(jī)及主勵磁機(jī)的電壓、電流調(diào)節(jié)響應(yīng)正常，只有發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子所屬的勵磁回路（即旋轉(zhuǎn)整流器及發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子）存在電壓調(diào)節(jié)響應(yīng)異常的問題，所以可以初步判斷問題出在旋轉(zhuǎn)整理器及輸出所屬的勵磁回路（即旋轉(zhuǎn)整流器或發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路）。

3.3 故障點(diǎn)檢查及確認(rèn)

（1）故障點(diǎn)情況

初步判斷出故障方向后，拆除旋轉(zhuǎn)整流器的外罩，檢查發(fā)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)整流器輸出至發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵磁的B側(cè)連接銅母排出現(xiàn)斷裂及碎片脫落情況，見圖2。其中從連接母排上脫落的一片碎片掉落在整流二極管與散熱片間，散熱片及脫落碎片存在放電痕跡。

圖2 連接銅母排斷裂

對現(xiàn)場各連接螺栓標(biāo)記進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)松動及異常；對整流二極管進(jìn)行正向?qū)?、壓降及反向絕緣測量，無明顯異常；整流二極管正向電阻與備件新品比對基本一致。

（2）故障部位說明

圖3是0號機(jī)勵磁系統(tǒng)主回路原理圖。本次故障點(diǎn)為圖3中的旋轉(zhuǎn)整流的集電環(huán)與發(fā)電機(jī)勵磁繞組之間的連接銅母排，見圖3中紅線標(biāo)注部分。

圖3 勵磁系統(tǒng)主回路原理圖

需要說明的是，本次故障中AVR裝置檢測到的發(fā)電機(jī)電壓下跌值約為2%，電壓下跌值較小，但AVR裝置具有的優(yōu)異靈敏的檢測性能及故障診斷功能，使得機(jī)組快速跳閘，防止了故障的發(fā)展擴(kuò)大。

（3）歷史檢修記錄

檢查檢修記錄，確認(rèn)在2016年機(jī)組大修時，對此連接母排及旋轉(zhuǎn)整流器進(jìn)行了檢查，其檢修報告記錄轉(zhuǎn)子連接排正常。在2019年1月0號機(jī)A修期間對發(fā)電機(jī)及勵磁機(jī)進(jìn)行檢修，也未發(fā)現(xiàn)異常。

3.4 故障原因分析

經(jīng)光譜分析，故障的連接銅母排材質(zhì)確認(rèn)為銅銀合金，合金成份中銅占62.2%，銀占35.7%，及少量的硅、鎳、鉻等成份。整個故障部件由8個厚度為6.4 mm的銅片疊加組成。8個銅片中有7個銅片已斷裂。故障部件為隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的高速轉(zhuǎn)動部件。

故障部件隨機(jī)組于1997年投入運(yùn)行，至今運(yùn)行24年。分析認(rèn)為，銅母排斷裂的原因是螺栓連接處的應(yīng)力集中及高速旋轉(zhuǎn)引起銅母排金屬疲勞而斷裂。

4 處理對策及結(jié)果

針對存在的問題，采取以下對策。

（1）委托上海發(fā)電機(jī)廠制作新的連接銅排，更換故障部件及另一側(cè)的相同部件（A側(cè)連接母排）；對外表存在放電痕跡的整流二極管更換為新品。

（2）機(jī)組啟動時先采用手動勵磁控制模式，進(jìn)行手動逐步增加勵磁的零起升壓試驗(yàn)，在檢查無異常后再投入自動勵磁控制模式。

在機(jī)組B級檢修中完成整改后，于2021年6月4日順利并網(wǎng)投入正常運(yùn)行。

5 結(jié)語

分析勵磁系統(tǒng)故障，最為有用的信息，是故障前后相關(guān)量的趨勢圖［4］。本案通過對發(fā)電機(jī)自動電壓調(diào)節(jié)器（AVR）自帶的錄取功能錄取的故障數(shù)據(jù)，經(jīng)復(fù)原故障波形后，對此進(jìn)行深入分析，結(jié)合對勵磁設(shè)備的檢查和測試，在短時間內(nèi)查找到故障點(diǎn)，避免可能因故障原因誤判而重新啟動機(jī)組引起的故障擴(kuò)大的隱患，為盡快恢復(fù)機(jī)組運(yùn)行提供了有力的支撐。