一種勵磁控制系統(tǒng)整流柜風(fēng)機電源切換方式的研究

李海清

(廣東粵電靖海發(fā)電有限公司，揭陽 515223)

某電廠2號發(fā)電機組勵磁控制系統(tǒng)采用的是ABB UNITROL 5000系列自并勵磁控制系統(tǒng)，型號是Q5s-0/U251-s6000。在2006年時出廠生產(chǎn)，于2007年正式調(diào)試完成且投入運行，至今已有十余年。該勵磁控制系統(tǒng)配置有5個整流柜，每個整流柜均采用強迫風(fēng)冷方式[1]。每個整流柜裝有4臺風(fēng)機，兩兩分為一組，正常運行時為一組運行一組備用，其風(fēng)機電源采用雙電源切換方式，以保證整流柜冷卻系統(tǒng)的可靠性。整流柜風(fēng)機主用電源來自機端電源，經(jīng)熔斷器F15、專用變壓器T16后轉(zhuǎn)變?yōu)?20V交流電源，備用電源來自廠用電220V交流電源。兩路風(fēng)機電源均帶低電壓監(jiān)視功能，且主備電源的輸出分別由繼電器K15、K16控制。繼電器K15、K16均帶有鎖扣器，能夠進行互相閉鎖及切換，以便實現(xiàn)整流柜風(fēng)機主備電源的自動切換。

1 事件概況

2016年9月17日，某廠2號發(fā)電機按計劃停運檢修。由于2號機勵磁控制系統(tǒng)的4號整流柜第1組風(fēng)機運行小時數(shù)已接近30000小時，按照勵磁控制系統(tǒng)檢修規(guī)程，電氣一次班予以更換。4號整流柜第1組風(fēng)機更換完成后，繼保班人員按規(guī)定對2號機勵磁控制系統(tǒng)進行風(fēng)機切換試驗。試驗過程中，繼保人員用光纖將電腦與控制器A10連接，在操作界面上將繼電器K15、K16釋放后，選擇合上繼電器K15，即使用廠用220V交流電源為整流柜風(fēng)機供電。聽到繼電器K15吸合聲后，手動啟動4號整流柜第1組風(fēng)機，未聽到風(fēng)機啟動聲音，打開柜門查看亦未發(fā)現(xiàn)風(fēng)機啟動，隨即嘗試手動啟動4號整流柜第2組風(fēng)機，亦未啟動。

2 故障定位與分析

2.1 故障定位

該勵磁控制系統(tǒng)4號整流柜兩組風(fēng)機均未能可靠啟動，繼保人員便立刻停止了風(fēng)機電源切換試驗，并對現(xiàn)場勵磁控制系統(tǒng)所有的電源設(shè)備進行了詳細檢查。繼保人員首先檢查了整流柜風(fēng)機的啟動電容及供電回路，均無明顯問題。隨后檢查了該勵磁控制系統(tǒng)控制器的指令下發(fā)，亦無明顯問題。最后，繼保人員使用萬用表交流電壓檔，經(jīng)過逐級檢測，發(fā)現(xiàn)風(fēng)機備用電源空開Q20下端雖已有正常的220V交流電，但5個整流柜的風(fēng)機電源上端電源，即公共端子排W90不帶電。經(jīng)過詳細檢查發(fā)現(xiàn)，原因是繼電器K15并未吸合。

隨即繼保人員使用電腦對繼電器K15重新進行試驗，發(fā)現(xiàn)其雖已接收到動作指令并可靠動作發(fā)出聲音，但由于鎖扣器損壞，無法自保持，導(dǎo)致廠用220V交流電未能給整流柜風(fēng)機提供電源。更換新的鎖扣器后，故障得以解除。

2.2 故障分析

每個風(fēng)機在工頻交流220V電源的供應(yīng)下，額定運行電流在1.15A，10個風(fēng)機同時運行時的總電流為11.5A。由于勵磁小間電磁環(huán)境惡劣，且整流柜空間封閉、散熱嚴(yán)重不足，再加上勵磁控制系統(tǒng)的長時間運行，導(dǎo)致該鎖扣器因溫度過高而損壞。所幸該故障只是發(fā)生在風(fēng)機切換試驗時，并未造成過大影響。

由于該勵磁控制系統(tǒng)整流柜風(fēng)機電源采取的是整體切換方式，一旦發(fā)生由于溫度過高導(dǎo)致的鎖扣器損壞異常事件，將有可能造成5個整流柜風(fēng)機電源全部消失，導(dǎo)致發(fā)電機組非故障停運，可靠性不高，存在一定的風(fēng)險和隱患。

3 整流柜風(fēng)機電源切換方式的改進措施

原系統(tǒng)是通過繼電器K15、K16進行整流柜風(fēng)機主備電源的整體切換。由于勵磁控制系統(tǒng)電磁環(huán)境復(fù)雜、發(fā)熱嚴(yán)重，一旦整體切換不成功，將會造成5個整流柜風(fēng)機停運，導(dǎo)致機組跳閘。因此，需要研究出一種更可靠的風(fēng)機電源切換方式，以保證整流柜風(fēng)機可靠運行。

圖1 整流柜風(fēng)機電源切換回路

如圖1所示，將每個整流柜風(fēng)機電源回路的控制權(quán)下放至該整流柜內(nèi)部板卡。每個整流柜都有獨立的電壓檢測回路，當(dāng)檢測到主電源電壓波動較大，不能很好地滿足風(fēng)機所要求的交流電壓水平時，整流柜內(nèi)板卡A01便會靈敏反應(yīng)，通過控制繼電器K11、K12的切換，實現(xiàn)風(fēng)機主備電源的切換，使每臺整流柜的風(fēng)機都能實現(xiàn)單獨切換，更有利于風(fēng)機的維護[4]。

同時，由于發(fā)電機正常啟動時，機端電壓水平一般偏低，有可能導(dǎo)致整流柜風(fēng)機無法正常啟動。在短暫的起勵時間內(nèi)，風(fēng)機電源可能會來不及進行主備電源切換，導(dǎo)致勵磁控制系統(tǒng)無法正常起勵。遂通過更改邏輯，使廠用交流電源為風(fēng)機主電源，機端電源為備用電源，更有利于勵磁控制系統(tǒng)正常起勵。

相比整體切換方式，整流柜風(fēng)機電源的單獨切換方式有諸多優(yōu)點：一是靈活變通，能存在兩種電源同時供給不同整流柜風(fēng)機運行的可能；二是機組停運風(fēng)險降低，可靠性大大提高，即使某個整流柜電源切換未成功，最嚴(yán)重也是造成該柜閉鎖退出運行，不會造成故障切機事件，避免了原UNITROL 5000勵磁控制系統(tǒng)中一旦切換回路故障便會導(dǎo)致整個風(fēng)機系統(tǒng)無法正常工作的問題；三是風(fēng)機主用電源為廠用交流電，機組正常啟動期間，更加可靠穩(wěn)定。

4 風(fēng)機電源試驗

為驗證此次風(fēng)機電源切換方式改進措施的正確性，需對其進行系統(tǒng)性試驗。

4.1 電源檢查

使用萬用表交流電壓檔，對其主備電源進行電壓測試。可以看出，該風(fēng)機主備電源電壓誤差均低于±5%，滿足要求。

4.2 切換試驗

模擬任意一個整流柜的主風(fēng)機故障停運，此時該整流柜立刻發(fā)出報警，并進行風(fēng)機切換，使該整流柜風(fēng)機系統(tǒng)運行正常，其余整流柜一切正常；模擬任意一個整流柜的主電源電壓低或失電故障，此時該整流柜立刻發(fā)出報警，并進行電源切換，使該整流柜風(fēng)機正常運行，其余整流柜一切正常。

5 結(jié)論

勵磁控制系統(tǒng)由于其復(fù)雜性、精密性，是電廠中故障事件較多、維護難度系數(shù)較高的設(shè)備，需要繼保人員精心維護。本文從勵磁控制系統(tǒng)的整流柜風(fēng)機電源回路出發(fā)，認(rèn)真研究并分析某電廠風(fēng)機電源切換試驗時出現(xiàn)的異常故障，找出其故障的具體原因，設(shè)計改進方案，使其在可靠性得以提高，并加以試驗進行驗證。該研究有效提高了勵磁控制系統(tǒng)整流柜風(fēng)機電源切換的可靠性，防止了切換不成功事件的再次發(fā)生，使發(fā)電機組更加穩(wěn)定運行，有很強的參考價值和實用意義。