一起600 MW機組勵磁系統(tǒng)滅磁開關(guān)故障分析

樊 強，李向杰，沙忠林，韓維峰

(大唐陽城發(fā)電有限責(zé)任公司，山西 晉城 048000)

1 概述

某電廠1號機組于2007年9月建成投產(chǎn)，發(fā)電機為哈爾濱電機廠制造的QFSN-600-2YHG型三相同步發(fā)電機，額定功率為600 MW，額定電壓為20 kV，額定電流為19 245 A；其GE EX2100型全靜態(tài)勵磁裝置采用冗余控制多橋配置，額定輸出電壓481.7 V DC，額定輸出電流4 541 A。

在近期的一次機組啟動過程中，發(fā)生了因勵磁系統(tǒng)滅磁開關(guān)故障導(dǎo)致勵磁系統(tǒng)起勵失敗事件，并最終延誤了機組啟動。

2 故障現(xiàn)象

2011-09-17，1號機組結(jié)束檢修進(jìn)行機組啟動。

18:05，汽機定速3 000 r/min后準(zhǔn)備并網(wǎng)。

18:07 ，DCS勵磁起勵命令發(fā)出后，發(fā)電機無法起勵建壓，主控室無任何報警信號，就地檢查勵磁面板也無報警跳閘信號。

后經(jīng)過試驗確定，DCS起勵命令已送至勵磁接線端子板ECTB相應(yīng)端子。

3 檢查處理

(1)經(jīng)過對故障現(xiàn)象的分析，現(xiàn)場維護(hù)人員首先對調(diào)節(jié)器進(jìn)行停電復(fù)位，但問題未解決；接著更換勵磁接線端子板。因勵磁系統(tǒng)配有3個控制器，為冗余配置，在控制器沒有報警信號的情況下，初步判斷是勵磁接線端子板故障，但在更換勵磁接線端子板后，故障仍未消除。隨后又通過勵磁系統(tǒng)操作軟件進(jìn)行試起勵，起勵仍不成功，此時調(diào)節(jié)器發(fā)出了報警信號。雖然滅磁開關(guān)在起勵之前已經(jīng)合閘，但此時畫面顯示滅磁開關(guān)在分閘狀態(tài)。經(jīng)就地檢查滅磁開關(guān)在合閘位置，于是采取機械方式將滅磁開關(guān)斷開。

(2)為進(jìn)一步驗證滅磁開關(guān)的合分閘性能，維護(hù)人員利用滅磁開關(guān)專用的機械操作手柄進(jìn)行合閘，發(fā)現(xiàn)滅磁開關(guān)合后不能機械自保持。解體滅磁開關(guān)，發(fā)現(xiàn)跳閘線圈有過熱現(xiàn)象，且跳閘線圈內(nèi)部鐵芯電磁機械機構(gòu)卡澀，在內(nèi)部彈簧壓力下不能自由活動，造成開關(guān)在合閘位置無法機械保持。在對卡澀部分進(jìn)行處理后，滅磁開關(guān)能夠進(jìn)行機械合分，且動作正常。

(3)確定開關(guān)機械故障消除后，對滅磁開關(guān)進(jìn)行電氣合分閘操作仍不成功。進(jìn)一步解體滅磁開關(guān)輔助機構(gòu)接線箱發(fā)現(xiàn),該滅磁開關(guān)的直流電源模塊故障，無24 V電壓輸出。從外部引入24 V直流電源接至電源輸入端子，滅磁開關(guān)能夠合閘，但無法分閘。據(jù)此判斷，該滅磁開關(guān)的電源模塊、跳閘線圈均已經(jīng)燒壞，無法繼續(xù)使用。

測量跳閘線圈直阻為0.5 Ω，而新的跳閘線圈直阻為6.0 Ω。鑒于滅磁開關(guān)故障點較多，且滅磁開關(guān)弧觸頭有灼傷現(xiàn)象，現(xiàn)場維修耗時較長，經(jīng)過研究，決定更換一臺新的滅磁開關(guān)。更換后，滅磁開關(guān)各項操作正常，勵磁系統(tǒng)投運正常，機組順利啟動。

4 滅磁開關(guān)未斷開對滅磁的影響分析

根據(jù)現(xiàn)場情況可以判斷，滅磁開關(guān)在機組非計劃停運時便已經(jīng)發(fā)生故障，未能斷開。為說明這是否影響到了發(fā)電機的滅磁，做了以下分析。

EX2100勵磁系統(tǒng)滅磁方式有2種：正常滅磁和事故滅磁。

正常滅磁的過程是DCS/鍵盤/軟件發(fā)出跳閘指令后，逆變滅磁5 s，然后同時閉鎖SCR脈沖、導(dǎo)通線性滅磁電阻、斷開滅磁開關(guān)。

事故狀態(tài)下，控制器發(fā)出閉鎖脈沖命令，然后發(fā)送跳閘信號給滅磁開關(guān)，同時發(fā)送給滅磁模塊的觸發(fā)回路。滅磁模塊將線性電阻接入滅磁，再經(jīng)20 ms滅磁開關(guān)動作。

滅磁開關(guān)的輔助觸點和調(diào)節(jié)器的指令均可導(dǎo)通滅磁電阻。雖然在停機過程中滅磁開關(guān)因故未能斷開，但控制器在發(fā)出閉鎖脈沖命令后，已然發(fā)送指令給滅磁模塊將線性電阻接入滅磁，且從時序上來講，該指令是先于滅磁開關(guān)輔助接點的。

圖1和圖2示出了1號機組2次非計劃停運時發(fā)電機各參數(shù)變化曲線。其中，圖1示出本次檢修前非計劃停運時滅磁開關(guān)未斷開情況下的發(fā)電機各參數(shù)曲線；圖2示出另一次非計劃停運時滅磁開關(guān)按時序斷開情況下的發(fā)電機各參數(shù)曲線。

對比圖1和圖2可以看出，在1號機組2次非計劃停運(滅磁方式為事故停機方式)時，各參數(shù)變化趨勢基本上是一致的，在滅磁開關(guān)未斷開的情況下，發(fā)電機滅磁并未受到明顯影響。但若是發(fā)電機或主變等設(shè)備發(fā)生故障時，跳閘指令下達(dá)后滅磁開關(guān)不跳，將會降低滅磁的可靠性。同時，滅磁開關(guān)不跳，發(fā)電機轉(zhuǎn)子回路的能量不能很快消耗掉，滅磁的時間會有所延長，發(fā)電機向故障點提供短路電流的時間也將會延長，由此加重故障的破壞程度。因此，對于滅磁開關(guān)未按指令斷開這一故障，必須認(rèn)真對待，采取有效措施杜絕其再次發(fā)生。

5 原因分析

(1)將故障的滅磁開關(guān)解體檢查后發(fā)現(xiàn)，跳閘線圈受熱變形，鐵芯卡澀，直流模塊無輸出。根據(jù)事故現(xiàn)象，經(jīng)分析認(rèn)為，此次故障是由于滅磁開關(guān)跳閘線圈多次動作后逐漸變形，導(dǎo)致鐵芯吸力不足并卡澀，造成滅磁開關(guān)未跳開，致使跳閘線圈一直帶電，線圈過熱短路，進(jìn)而導(dǎo)致直流24 V電源模塊過流燒損。這是本次事件的直接原因。

圖1 滅磁開關(guān)未斷開時發(fā)電機滅磁參數(shù)曲線

圖2 滅磁開關(guān)按時序斷開時發(fā)電機滅磁參數(shù)曲線

(2)滅磁開關(guān)的合跳閘指令來自同一中間繼電器，當(dāng)勵磁系統(tǒng)起勵時，該中間繼電器吸合，其常開接點閉合，導(dǎo)通滅磁開關(guān)合閘回路，使滅磁開關(guān)合閘，在勵磁調(diào)節(jié)器發(fā)出跳滅磁開關(guān)指令前，該繼電器要一直保持吸合狀態(tài)；當(dāng)勵磁系統(tǒng)滅磁時，該中間繼電器釋放，其常開接點打開，常閉接點閉合，導(dǎo)通滅磁開關(guān)的跳閘回路，使滅磁開關(guān)跳閘。圖3為滅磁開關(guān)的跳閘回路。在本次事件中，由于滅磁開關(guān)未能跳開導(dǎo)致跳閘線圈一直帶電，又由于畫面未正確顯示滅磁開關(guān)狀態(tài)，使得滅磁開關(guān)的異常沒有被及時發(fā)現(xiàn)處理，最終造成跳閘線圈和開關(guān)內(nèi)部直流電源模件損壞。這是本次事件的間接原因。

圖3 滅磁開關(guān)跳閘回路

(3)勵磁裝置程序控制存在問題。通過對故障現(xiàn)象和故障處理過程的分析發(fā)現(xiàn)，勵磁裝置在程序上也存在著一定的問題。

① 在滅磁開關(guān)合閘狀態(tài)下起勵過程失敗屬正常現(xiàn)象。在遠(yuǎn)方起勵失敗后，勵磁系統(tǒng)應(yīng)發(fā)出相應(yīng)的報警信號，但實際情況是勵磁系統(tǒng)在起勵失敗后未發(fā)出任何報警信號，同時也無任何故障記錄，說明在勵磁系統(tǒng)控制程序上同樣存在問題。

② 集控運行畫面所顯示滅磁開關(guān)的合、分閘信號并不是直接取自滅磁開關(guān)輔助接點，而是取自滅磁開關(guān)輔助接點擴展繼電器的常開接點，該繼電器又是受勵磁接線端子板上中間繼電器2GP控制(見圖4)的，只有當(dāng)“Running”信號產(chǎn)生時2GP才帶電，而“Running”為勵磁系統(tǒng)運行信號。這就造成了停機后雖然滅磁開關(guān)在合閘狀態(tài)但運行畫面卻顯示為分閘狀態(tài)。

圖4 目前滅磁開關(guān)狀態(tài)接點傳遞示意

6 防范措施

(1)更改畫面分合閘指示信號所取的接點，使畫面所用的滅磁開關(guān)狀態(tài)接點直接取自滅磁開關(guān)。由于現(xiàn)有滅磁開關(guān)的狀態(tài)接點已全部用完，需采購新的輔助接點來增加滅磁開關(guān)狀態(tài)接點數(shù)量，并留有備用。

(2)針對勵磁裝置程序的缺陷，積極聯(lián)系勵磁系統(tǒng)設(shè)備生產(chǎn)廠家，分析問題存在的原因，并及時采取相應(yīng)的處理方案及措施。

(3)按照目前的設(shè)計，當(dāng)勵磁系統(tǒng)運行時，滅磁開關(guān)的合跳閘繼電器需要一直保持吸合狀態(tài)，若出現(xiàn)該繼電器意外失去控制直流或線圈斷線，勢必會造成滅磁開關(guān)誤跳，這將直接導(dǎo)致機組的非計劃停運。較為可靠的做法應(yīng)該是安裝2個中間繼電器，分別作為合閘繼電器和跳閘繼電器，當(dāng)調(diào)節(jié)器發(fā)出合閘或跳閘指令時，由相應(yīng)的繼電器吸合，溝通滅磁開關(guān)的合閘回路或跳閘回路，繼電器在經(jīng)過預(yù)先設(shè)定好的延時后釋放。對于這一方案應(yīng)盡快和設(shè)備生產(chǎn)廠家聯(lián)系，確定其在技術(shù)上的可行性，及早消除設(shè)備隱患。

(4)積極與設(shè)備生產(chǎn)廠家溝通，利用設(shè)備生產(chǎn)廠家及專業(yè)院校等組織勵磁系統(tǒng)培訓(xùn)的機會，了解目前國內(nèi)勵磁系統(tǒng)運行狀況及存在的問題。加強與有同類型機組的電廠的技術(shù)交流，做好技術(shù)信息互通工作，以便及時解決設(shè)備存在的問題，避免其他電廠發(fā)生過的故障在本廠再次發(fā)生。

(5)盤點發(fā)電機勵磁系統(tǒng)及其它重要設(shè)備的易損件和重要部件，制定備件采購計劃。檢查已有備件并定期試驗，確保備件良好可用。

(6)跳閘線圈的變形卡澀是一個漸變的過程，并非是一朝一夕形成的，由于工作的疏忽未能及時發(fā)現(xiàn)跳閘線圈的劣化趨勢，促成了量變到質(zhì)變，最終造成設(shè)備損壞并延誤機組啟動。有鑒于此，應(yīng)舉一反三，對現(xiàn)場設(shè)備重新進(jìn)行梳理，補充和完善檢修工藝及檢修質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)把檢修質(zhì)量關(guān)，杜絕設(shè)備帶病運行。同時，設(shè)備專職及管理人員也應(yīng)加強理論學(xué)習(xí)，提高對設(shè)備的風(fēng)險辨識及管控能力。

7 結(jié)束語

勵磁系統(tǒng)對于機組的重要性不言而喻，此次事件的發(fā)生說明平時的工作存在漏洞，應(yīng)認(rèn)真吸取教訓(xùn)，從設(shè)備管理的各個環(huán)節(jié)查找不足，切實提高設(shè)備的健康水平；同時也應(yīng)避免閉門造車，多與同類型機組的技術(shù)人員溝通，吸取他人的經(jīng)驗和教訓(xùn)，提高自己的技術(shù)水平，杜絕同類故障的發(fā)生。