600 MW機組勵磁系統故障分析及處理措施

唐建惠 ，栗河川 ，周 文，劉翔宇

(1.河北省電力研究院，石家莊 050021;2.河北西柏坡發電有限責任公司，石家莊 050400；3.河北國華滄東發電有限責任公司，河北 滄州 061113)

某電廠一期工程2臺600 MW機組采用自并勵靜止勵磁系統，調節器采用UNITROL5000型數字式自動勵磁調節器。自2006年投產至2009年，1號機組勵磁系統共出現4次故障，影響了起勵操作和勵磁系統正常運行。這些故障，有由元件故障引起的，也有由軟件異常造成的。通過對勵磁系統出現的問題進行分析和處理，故障已被消除，系統運行穩定。

1 轉子過電壓

1號機組在進行的C級檢修結束后發電機空載試驗時，準備用勵磁調節器第1套手動方式就地升壓，當合上滅磁開關，點擊起勵按鈕后，滅磁開關跳開，勵磁裝置發轉子過電壓告警，報警代號35“Field overvoltage”。

通道剛起勵時的故障波形見圖1，對轉子回路進行檢查發現整流橋輸入和輸出回路中的磁場開關正常，轉子回路的接線和轉子繞組的絕緣電阻正常。隨后，使用第2套勵磁調節器手動方式就地升壓，設備正常。配合發電機升、降壓功能正常。核對第1套、第2套的參數設置，2套裝置的參數均正確。2套調節器之間可以進行正常切換，在2套調節器下分別做手動-自動切換和自動方式下5%階躍，功能正常。因為2個通道共用1個跨接器回路，而通道2可以正常進行起勵操作，因此判斷不是跨接器(crowbar)回路故障。

圖1 通道剛起勵時的故障波形

在停機狀態下，更換COB板(主控板)，并下載ROM參數，在通道1進行起勵操作時，系統仍然發出“Field overvoltage”信號。此時，修改參數925(跨接器觸發電流)為300 A；再次起勵，發現通道1的10929參數(跨接器實際電流)為219 A，而正常通道2則為21 A,在正常運行中，2個通道的10929參數均為19 A。更換了通道1的COB板和FIO(快速輸入輸出單元)，故障未消除。檢查并更換板卡間的連線，再進行試驗，故障依舊存在。該型號的調節器提供了緊急功能即EGC板(擴展門極控制板)功能，在2個主通道發生異常時，由EGC板為整流器提供觸發脈沖。該EGC板曾發生過故障，因此檢修人員在軟件上關閉了EGC的輸出信號，檢查完畢后又關閉了EGC的電源，故障排除。

2 整流柜退出運行

2009年8月21日07：06：00，1號機組勵磁系統4號整流柜退出運行，同時整流橋顯示器CDP退出運行。設備運行情況和4號整流柜退出情況如下。

故障前運行通道為CH2(通道2)，故障時4號整流柜退出運行，LCP報文如下：

converter fail level1(整流橋失靈1段)

converter blocked(整流橋被閉鎖)

ARCnet node fail(ARCnet節點失效)

converter 4(整流橋4)

standy alarm(備用通道報警)

4號整流柜退出運行初期仍然為通道2運行，07：50：00，勵磁系統自動轉為通道1運行，同時，就地面板LCP報文增加common STBY fault(備用通道綜合故障)。

整流柜退出運行，檢查熔斷器和冷卻系統均無異常，因此判斷故障原因為脈沖丟失。造成脈沖丟失的原因是該整流柜對應的CIN板(整流橋接口板)故障或ARCnet在該整流橋CIN板的接口故障導致通信失敗。更換該整流橋的CIN板后，故障消除。

3 勵磁電壓突變

勵磁系統運行中開始發生勵磁電壓突變，1號機組在1 h內的故障波形見圖2。

圖2 1號機組1 h內故障波形(DCS記錄)

實測勵磁電壓，未發生突變時240 V左右，最高突變至310 V，最低突變至170 V。1 min變化6～7次。由于通道2勵磁電流瞬時從70%Ifn(額定勵磁電流)降至0%Ifn，持續時間達0.4 s，勵磁電壓發生突變時4 s內的波形見圖3。

圖3 勵磁電壓發生突變時4 s內的波形

勵磁發出“勵磁機故障”報警，進而進行通道切換，從通道2切換至通道1。2009年8月29日23：00：00勵磁電壓突變現象明顯減弱，但每天仍可捕捉到5次左右的小幅突變。勵磁電壓突變時的波形見圖4。

圖4 勵磁電壓突變時的波形

從圖4可以看出，控制電壓的反應滯后于勵磁電流的變化，并且相位相反，這說明AVR的調節是正常和準確的。根據波形分析，應重點檢查脈沖回路。針對勵磁電壓突變問題，對勵磁調節器的脈沖進行詳細檢查。在機組正常運行且勵磁電壓突變較為明顯時，用示波器測量勵磁電壓，正常運行時每周期內為6個波頭[1]，在勵磁電壓突變較為明顯時，捕捉到幾次異常波形，每周期為5個波頭，異常整流波形示意見圖5。

圖5 異常整流波形示意

由圖5可知，脈沖信號受到了干擾，發生了脈沖丟失的現象。結合轉子過電壓告警的故障處理過程，可以判斷該故障原因為EGC板的輸出信號干擾了正常的脈沖信號，在關閉EGC板的電源后，脈沖回路恢復正常，勵磁電壓和電流穩定，勵磁調節正常。

4 勵磁瞬時過流

勵磁系統自檢中，頻繁出現“E02”(勵磁瞬時過流)故障。勵磁瞬時過流是一個非常快速的短路保護功能，對內部短路、整流橋輸出短路和同步電機中(三相或單相短路)的暫態過程進行保護。當勵磁電流高于設定值，且延時超過設定值時動作。發生這類故障時，應該檢查整流柜是否有負荷波動，在沒有發現整流柜故障的情況下，再檢查PSI板(主回路信號接口板)上的取壓信號及PSI板與COB板(主控板)的信號連接。

故障發生在調節器通電自檢過程中，檢查各整流橋的熔斷器，沒有發現異常；檢查磁場回路[2]，沒有發現短路現象。檢查PSI板的取壓信號以及PSI板與COB板的連接，結果取壓信號正常，但是PSI板與COB板的連接不穩定，判斷是COB板的原因，更換COB板，調節器重新通電，故障排除。

5 結論及建議

以上故障主要是由板件故障引起的，由于EGC板件故障引起的多次調節異常在該廠是第1次發生，在以往的運行維護中，該廠也發生過板件損壞現象，尤其是COB板，更換的次數較多。通過與其他采用相同調節器的電廠進行溝通，發現也存在COB板易損壞的現象。 針對該類故障，為運行人員提出以下建議。

a. 各板件包括COB板件都是集成板件，現場無法修理，因此對于頻發板件故障，在備品備件的管理中，要保持易損板件有足夠的備品。

b. 數字式勵磁調節器的板件，都是靜電敏感型元

件，造成板件異常或損害的主要原因一般是電磁干擾，為減少干擾的發生，應對運行環境進行電磁屏蔽。

c. 運行環境中的灰塵也是造成板件損害的原因之一，干燥的環境使粉塵帶有靜電，危害電子元件的運行，因此，保持環境衛生，保證合適的溫度和相對濕度都有利于保護電子設備的安全。

d. 在檢修維護中，工作人員應采取措施消除人體靜電對裝置的不利影響，最簡便可行的方法是使用靜電護環和手套。

參考文獻：

[1] 竺士章.發電機勵磁系統試驗 [M].北京：中國電力出版社，2005.

[2] 孟凡超，吳 龍.發電機勵磁技術問答及事故分析[M].北京：中國電力出版社，2008.