勵磁系統(tǒng)在泵站的實際應(yīng)用以及故障事故處理辦法

王浩然

（山西萬家寨水控水資源有限公司偏關(guān)分公司總干一級泵站，山西 偏關(guān) 036400）

1 勵磁系統(tǒng)

1.1 勵磁概述

勵磁指為電磁感應(yīng)原理工作的電氣設(shè)備提供工作磁場。泵站電機勵磁系統(tǒng)是供給同步電機勵磁電流的電源及其附屬設(shè)備的統(tǒng)稱，它由勵磁功率單元和微機型勵磁調(diào)節(jié)器兩個主要部分組成。勵磁功率單元向同步電動機轉(zhuǎn)子提供勵磁電流；而勵磁調(diào)節(jié)器則根據(jù)輸入信號和給定的調(diào)節(jié)準則控制勵磁功率單元的輸出。勵磁系統(tǒng)的自動勵磁調(diào)節(jié)器對提高電力系統(tǒng)并聯(lián)機組的穩(wěn)定性具有重大的作用。

1.2 勵磁系統(tǒng)的組成

泵站勵磁系統(tǒng)由勵磁變壓器、啟勵變壓器、晶閘管整流設(shè)備、勵磁調(diào)節(jié)器、滅磁裝置及轉(zhuǎn)子過電壓保護、勵磁系統(tǒng)的控制、測量、信號及輔助電源等構(gòu)成。

1.3 二期勵磁系統(tǒng)的組成

泵站新擴機組勵磁系統(tǒng)采用雙通道冗余結(jié)構(gòu)，工作勵磁變壓器和啟動勵磁變壓器均裝設(shè)自動空氣開關(guān)與勵磁變的高壓側(cè)隔離，輸出側(cè)配有滅磁和過電壓保護裝置、接地保護及軸電壓濾波器。勵磁的核心部分采用DCS800 的D4 整流橋模塊，主回路采用三相全橋晶閘管電路，每個控制橋都配有主板CCM6080，功率接口板PIN6080，操作盤（SCP），3 個可控硅模塊，進線CT 2 個，溫度傳感器、過壓吸收裝置，三相同步電壓檢查，冷卻風扇。勵磁系統(tǒng)配有ECT 操作屏作為人機交換界面。

1.4 接線方式

泵站同步電動機采用三相全控橋晶閘管靜止整流勵磁系統(tǒng)。正常抽水運行時，勵磁電源由各自的勵磁變壓器供給，勵磁變壓器接于電動機的出口斷路器內(nèi)側(cè)，變頻啟動時勵磁電源由啟勵變壓器供給，變頻啟動結(jié)束后，勵磁系統(tǒng)能安全、穩(wěn)定的自動切換至工作勵磁變壓器運行。啟勵變壓器電源取自站用電400 V系統(tǒng)。

1.5 基本原理

通過可控硅晶閘管整流器電路把輸入的交流電變?yōu)檗D(zhuǎn)子上的直流電源，在轉(zhuǎn)子上形成勵磁磁場，與定子建立的旋轉(zhuǎn)磁場同步且有一定的夾角，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，使電動機旋轉(zhuǎn)，勵磁電源供應(yīng)裝置為同步電動機提供勵磁電源?？煽毓枵髌鞅贿B接至交流電源和用于控制直流電壓輸出的相位控制裝置，對可控硅的觸發(fā)進行調(diào)整。

2 勵磁系統(tǒng)功能

2.1 基本功能

（1）勵磁系統(tǒng)能滿足各種運行工況的要求，如變頻啟動、直接啟動、定速運行、正常停機、事故停機等。

（2）勵磁系統(tǒng)能保證在額定輸出電壓40%～100%范圍內(nèi)輸出額定電流并連續(xù)運行。

（3）勵磁系統(tǒng)能在1.5 倍額定電流下持續(xù)工作1 min。

（4）系統(tǒng)具有控制磁場電壓的能力，實現(xiàn)強行勵磁和逆變滅磁。

（5）新裝設(shè)勵磁系統(tǒng)正常停機時可控硅逆變器進行逆變滅磁；泵站故障時，通過滅磁開關(guān)、滅磁電阻和轉(zhuǎn)子過電壓保護單元進行滅磁。

（6）勵磁系統(tǒng)頂值電壓倍數(shù)≥2～2.5 倍，2 倍時允許強勵時間≥20 s，2.5 倍時允許強勵時間≥10 s，并且，當勵磁變高壓側(cè)正序電壓降低至額定值的80%時，頂值電壓倍數(shù)能夠保證。

（7）勵磁系統(tǒng)電壓響應(yīng)時間（強行勵磁），從施加階躍信號起，至勵磁電壓達到最大勵磁電壓與額定電壓之差的95%的時間≤0.1 s。

（8）在勵磁調(diào)節(jié)器交流電源的電壓短時間內(nèi)波動范圍不超過額定值的55%～120%的情況下，勵磁調(diào)節(jié)器能維持正常工作。

（9）自動勵磁調(diào)節(jié)器能保證機端調(diào)壓精度優(yōu)于0.5%。

2.2 輔助功能

勵磁調(diào)節(jié)器除具有輸入信號綜合放大、移相觸發(fā)及脈沖放大等基本功能外，還設(shè)置下列輔助功能：一是自動功率因素控制APFR（新裝設(shè)勵磁調(diào)節(jié)器：直接功率因數(shù)/無功控制）；二是恒勵磁電流控制CEC（新裝設(shè)勵磁調(diào)節(jié)器：疊加功率因數(shù)或調(diào)節(jié)（PE/Q）即目前采用方式）；三是自動電壓調(diào)節(jié)（AVR）；四是接收SFC 的控制信號，實現(xiàn)啟動和變速運行時的勵磁控制；五是過勵限制（反時限）：在強勵或勵磁過電流達到允許時間時，限制器將勵磁電流減到長期允許最大值以內(nèi)運行；六是最大勵磁電流限制；七是最小勵磁電流限制；八是系統(tǒng)電壓跟蹤：當泵組以變頻方式啟動時，在同期并網(wǎng)前，使機端電壓迅速跟蹤系統(tǒng)電壓；九是定子電流限制：通過控制勵磁電流，以防止電動機過電流；十是電壓互感器斷線保護；十一是通道管理和自動切換（包括自動跟蹤環(huán)節(jié)），具備自動平衡跟蹤功能；十二是故障自動檢測和顯示。

2.3 環(huán)境自適應(yīng)功能

（1）勵磁調(diào)節(jié)器能滿足泵站不同的運行工況需要，如電動機啟動，同期、定速抽水運行以及停機等。

（2）勵磁調(diào)節(jié)器采用靜止型勵磁參數(shù)給定裝置：當給定值達到上限或下限時，給定裝置將限制給定值的變化，并向現(xiàn)地和遠方發(fā)出信號，上、下限值能在現(xiàn)場通過DOWN 或UP 調(diào)整。

（3）可控硅整流裝置有兩套并行的整流器橋電路，當退出一條電路時，裝置仍保證帶額定負荷運行，并滿足泵組強勵在內(nèi)的各種勵磁要求。

（4）在額定負載運行溫度下，晶閘管整流橋能承受的反向峰值電壓≥2.75 倍勵磁變低壓側(cè)最大峰值電壓。每一晶閘管整流器支路裝設(shè)快速熔斷器，防止整流設(shè)備受到交流系統(tǒng)和磁場電路的短暫的過電壓。

（5）晶閘管元件采取強迫風冷，整流柜上設(shè)兩個風機且互為備用。

（7）風機設(shè)有工作電源和備用電源，工作電源由接到勵磁變壓器低壓側(cè)上的輔助變壓器供給，備用電源由泵站400 V 動力電源供給，當工作電源故障跳閘后，備用電源能自動投入。

（8）勵磁系統(tǒng)能承受電機啟動及失步過程中產(chǎn)生的過電壓。

（9）勵磁系統(tǒng)具有以下保護功能：直流側(cè)短路保護（當直流側(cè)短路時晶閘管不受損壞）；過電壓保護（交流側(cè)操作過電壓、晶閘管換相過電壓、勵磁繞組過電壓）；起動保護；失步保護；勵磁變壓器保護（N 系列繼電器），新裝設(shè)勵磁變壓器保護為REF615 綜合保護裝置；失磁保護；轉(zhuǎn)子、勵磁變溫度保護。

（10）勵磁系統(tǒng)與機組LCU 設(shè)有接口，協(xié)調(diào)進行機組的啟動、并網(wǎng)、運行、停機等全過程的控制和調(diào)整。

（11）滅磁方式：泵組正常停機及事故停機時，當電動機主開關(guān)分開，則晶閘管自動轉(zhuǎn)入逆變狀態(tài)，同時投入放電電阻開關(guān)41DR-SM 并斷開晶閘管直流側(cè)開關(guān)41-SM，通過放電電阻進行滅磁。延時5 s 后晶閘管關(guān)斷，其交流側(cè)開關(guān)分閘，接著將41DR-SM 分開，完成滅磁過程。

（12）新裝設(shè)勵磁系統(tǒng)滅磁方式：泵組正常停機時可控硅逆變器進行逆變滅磁；事故停機時，當電動機主開關(guān)RCB 分開，投入放電電阻接觸器K03 并斷開晶閘管交流側(cè)開關(guān)Q01，通過放電電阻進行滅磁。

3 故障及事故處理

3.1 故障顯示

如果在勵磁供電設(shè)備運行時發(fā)生錯誤，把公用直流供電設(shè)備停機，故障起因就顯示出來了。展示兩種故障，一種是“脫機故障”即打開控制電源時，（當執(zhí)行初始化過程時）檢查設(shè)備運行狀況，顯示檢查結(jié)果；另一種是“聯(lián)機故障顯示”即正常運行時檢查設(shè)備運行狀況。

3.2 脫機故障顯示

當控制電源打開后，微機在執(zhí)行初始化過程時，如果發(fā)生下列任何故障和錯誤，設(shè)備即進入脫機故障顯示模式，完全關(guān)閉所有控制裝置，詳見表1。

蔣介石于1934年2月在南昌發(fā)起的新生活運動，是國民黨執(zhí)政以后最重要的意識形態(tài)教育運動。國民黨執(zhí)政后，實現(xiàn)政黨意識形態(tài)的國家化是一個重要轉(zhuǎn)變。國民黨執(zhí)政初期意識形態(tài)的建構(gòu)，需要完成政黨和國家兩個層面的并軌。新生活運動試圖將三民主義的黨義變?yōu)槿竦挠^念及行為準則。新生活運動的對象和范圍，從南昌開始，先使南昌所有的人在衣食住行各方面符合整齊、清潔、簡單、樸素、迅速、確實的原則，然后推廣到全國，使全國國民都合乎標準，成為現(xiàn)代的文明的國民。簡而言之，新運的對象是全體國民，范圍“包括全部日常生活”? 。

表1 脫機故障顯示，內(nèi)容及維修

3.3 聯(lián)機故障顯示

如果發(fā)生故障和錯誤，“就緒”信號變成“關(guān)閉”，勵磁系統(tǒng)供電設(shè)備運行停止。用關(guān)閉“就緒”信號作起動器顯示FI 的內(nèi)容，見圖1。

圖1 FI 顯示屏

3.4 故障判斷

如果閉鎖繼電器信號關(guān)閉，操作盤上的故障指示器就會亮，報警蜂鳴器開始響。如果顯示FI 的內(nèi)容，檢查內(nèi)容并按“故障重設(shè)”按鈕，接著必要時重新啟動單元運行。如果重新設(shè)置設(shè)備后，運行條件還不滿意，設(shè)備將進入運行就緒狀態(tài)顯示模式。

3.5 報警（故障2）顯示

如果發(fā)生報警（故障2）操作盤上的報警顯示器燈亮，報警蜂鳴器開始響（這時勵磁供電設(shè)備沒有跳閘）。顯示器報警（故障2），需檢查內(nèi)容并按故障重設(shè)按鈕。報警顯示內(nèi)容及原因見表2。

表2 報警顯示內(nèi)容及原因

3.6 一般處理原則

值班人員發(fā)現(xiàn)勵磁系統(tǒng)運行中的不正?，F(xiàn)象時，應(yīng)采取得力措施并加強監(jiān)視，及時匯報調(diào)度并通知檢修單位，做好異常運行記錄，根據(jù)調(diào)度命令，盡快投入備用機組。

3.7 勵磁變壓器過流（過負荷）保護動作

現(xiàn)象：中控室上位機和現(xiàn)地LCU“勵磁重故障”報警；NC061P－01AK 過電流繼電器掉牌；（新裝設(shè)為REF615 過電流繼電器動作）機組事故停機。

處理：記錄保護動作信號及光字牌情況；檢查相應(yīng)開關(guān)自動跳閘，如未跳開應(yīng)立即跳開，監(jiān)視機組事故停機是否正常；對整流裝置、勵磁變壓器、電纜及轉(zhuǎn)子回路進行全面檢查；檢查有無明顯故障，做好隔離及安全措施，通知檢修單位作進一步的檢查處理；故障消除或檢查未發(fā)現(xiàn)明顯的故障點，經(jīng)檢修單位測量絕緣合格后，根據(jù)調(diào)度命令可將機組投入運行。

3.8 電動機勵磁回路兩點接地（短路）

現(xiàn)象：中控室上位機和機組LCU“勵磁輕故障”報警，“勵磁重故障”可能報警；勵磁電流突然增大，勵磁電壓降低；電動機發(fā)出異常轟鳴聲；電動機失磁、勵磁變過流、勵磁回路短路等相應(yīng)保護可能動作。（新裝設(shè)為REF615 綜合保護裝置動作）

處理：如保護未動作，應(yīng)立即緊急停機；如保護已動作，則應(yīng)檢查相應(yīng)開關(guān)自動跳閘情況，監(jiān)視機組事故停機是否正常；停機后運行人員應(yīng)做好安全措施對電動機風洞、勵磁裝置、勵磁變壓器及電纜等進行檢查，若發(fā)現(xiàn)有著火現(xiàn)象應(yīng)立即按消防規(guī)程有關(guān)規(guī)定進行滅火；做好安全隔離措施，通知檢修單位進行檢查處理；故障消除后，應(yīng)測量轉(zhuǎn)子絕緣，合格后方可根據(jù)調(diào)度命令將機組投入運行。

3.9 電動機勵磁回路一點接地

現(xiàn)象：中控室上位機和機組LCU“勵磁輕故障”報警。

處理：立即聯(lián)系調(diào)度投入備用機組停機進行處理；停機后運行人員應(yīng)對電動機風洞、勵磁裝置、勵磁變壓器及電纜等進行檢查，同時通知檢修單位到現(xiàn)場進行處理；故障消除后，應(yīng)測量轉(zhuǎn)子絕緣，合格后根據(jù)調(diào)度命令方可將機組投入運行。

3.10 運行中整流柜風機一套故障停運

現(xiàn)象：中控室上位機和機組LCU“勵磁輕故障”報警

處理：檢查備用風機是否正常啟動，如未啟動應(yīng)手動啟動；檢查故障風機動力電源開關(guān)是否跳閘，如跳閘應(yīng)檢查開關(guān)進出線連接處有無短路、過熱及燒灼痕跡，盤內(nèi)有無絕緣焦臭味；如檢查無異常，可合上故障風機電源開關(guān)，如合不上、合上后又跳開或合上后風機仍不能啟動，則應(yīng)做好安全隔離措施通知檢修單位檢查處理，此時應(yīng)注意加強對機組勵磁系統(tǒng)運行狀況的監(jiān)視和巡檢。

3.11 勵磁回路PT 斷線

現(xiàn)象：中控室上位機和機組LCU“勵磁輕故障”報警；勵磁用PT 二次側(cè)電壓不平衡。

處理：立即聯(lián)系調(diào)度投入備用機組停機進行處理；通知檢修單位進行檢查處理；處理正常后將調(diào)節(jié)器切換為自動運行；若在運行中無法處理時，應(yīng)聯(lián)系調(diào)度開出備用機組，停機進行處理。

3.12 勵磁輕故障

當機組運行中出現(xiàn)“勵磁輕故障”報警時，勵磁調(diào)節(jié)器能自動進行調(diào)節(jié)并恢復(fù)正常，但如不能自動恢復(fù)正常時，應(yīng)手動調(diào)整到正常范圍。

4 結(jié)語

新投運（大修）的勵磁系統(tǒng)在投入運行前必須試運行，試運行前運行人員應(yīng)熟悉有關(guān)要求、注意事項、操作規(guī)定等。同時保證現(xiàn)場設(shè)備標志齊全，試驗報告齊全；向運行人員作必要的技術(shù)性講解；具有正確、完整的控制原理圖以及設(shè)備的使用說明書；具有新設(shè)備運行規(guī)程。

設(shè)備經(jīng)過檢修后，檢修人員應(yīng)將檢修情況及各種試驗記錄如實填寫并向運行人員交待清楚，運行人員在認真閱讀檢修交待記錄后對檢修設(shè)備進行全面檢查驗收，并會同檢修人員進行必要的啟動操作試驗。