蓄能機(jī)組失磁保護(hù)動(dòng)作跳機(jī)原因分析與處理

董翰寧，董錦川

（1.國(guó)網(wǎng)新源控股有限公司電力檢修分公司，北京100068；2.國(guó)網(wǎng)新源控股有限公司潘家口蓄能電廠，河北 唐山064309）

1 電廠概況

某抽水蓄能電廠安裝4臺(tái)單機(jī)容量為200MW的立軸單級(jí)混流可逆式水泵水輪發(fā)電機(jī)組，裝機(jī)總?cè)萘繛?0萬kW。該抽水蓄能電廠系利用已建某水庫(kù)為下庫(kù)，在××山后上寺溝頭修建上庫(kù)，上下庫(kù)落差430m。電廠樞紐主要建筑物有上庫(kù)、引水道、地下廠房、尾水道及下庫(kù)等。上庫(kù)采用瀝青混凝土面板堆石壩，壩頂長(zhǎng)464m，最大壩高70m；庫(kù)盆采用全面瀝青混凝土襯護(hù)防滲，周長(zhǎng)1628m，總庫(kù)容401萬m3。設(shè)計(jì)年發(fā)電量12億kW·h。其主要任務(wù)是：擔(dān)負(fù)北京地區(qū)調(diào)峰和緊急事故備用電源，改善首都供電質(zhì)量；接入華北電力系統(tǒng)，與京津唐電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行；減少火電頻繁調(diào)整出力和開啟，改善運(yùn)行條件，降低煤耗，同時(shí)兼有填谷、調(diào)頻和調(diào)相等功能。

2 事件經(jīng)過

2017年 12 月 24日 04：57：54.987，該抽水蓄能電廠1號(hào)機(jī)組抽水運(yùn)行過程中，OIS上出現(xiàn)“EXCN OPERATING”、“EXCN REGULATOR AUTO”信號(hào)丟失。轉(zhuǎn)子電流和定子電壓均開始下降。04：58：21.725，OIS上出“MOT LOSS OF EXCITATION TRIP”和“ELECT PROT TRIP II”、“ELECTRICAL PROTECTION TRIP”報(bào)警信號(hào)，1號(hào)機(jī)跳機(jī)。04：58：42.224，OIS上“EXCN OPERATING”、“EXCN REGULATOR AUTO”信號(hào)恢復(fù)，開始出現(xiàn)“EXCN alarm”和“EXCN trip”。1號(hào)機(jī)組電氣保護(hù)跳閘，走停機(jī)流程。其他運(yùn)行方式不變。

3 處理過程

（1）值守人員

立即通知ON-CALL人員進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)發(fā)變組保護(hù)盤失磁保護(hù)報(bào)警信號(hào)并檢查勵(lì)磁系統(tǒng)報(bào)警情況；通知運(yùn)維負(fù)責(zé)人及相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)，說明1號(hào)機(jī)組抽水工況跳機(jī)報(bào)警情況，通知設(shè)備專責(zé)進(jìn)行缺陷處理；立即向調(diào)度說明現(xiàn)場(chǎng)情況。

（2）ON-CALL 人員

現(xiàn)場(chǎng)檢查保護(hù)盤柜，有“失磁保護(hù)動(dòng)作”報(bào)警；1號(hào)機(jī)組勵(lì)磁控制盤有“EXC. TRSF CB FAIL”和“STOP OVERTIME”報(bào)警，滅磁開關(guān)和勵(lì)磁變交流開關(guān)均已分開；機(jī)械保護(hù)柜和現(xiàn)地控制盤光子盤均有電氣保護(hù)跳閘信號(hào)。

（3）情況梳理

導(dǎo)致該缺陷發(fā)生的原因可能有以下幾方面：

1）發(fā)變組保護(hù)誤動(dòng)作；

2）勵(lì)磁控制柜電源故障；

3）勵(lì)磁控制柜主通道控制板GMR3故障。

（4）問題排查

現(xiàn)地檢查發(fā)變組保護(hù)控制器錄波，錄波顯示轉(zhuǎn)子電流已消失（圖1），確實(shí)已經(jīng)達(dá)到失磁保護(hù)動(dòng)作的定值（圖2），保護(hù)動(dòng)作正常，排除保護(hù)誤動(dòng)作的可能。

圖1 1號(hào)機(jī)組電動(dòng)工況失磁保護(hù)動(dòng)作錄波圖

圖2 1號(hào)機(jī)組電動(dòng)工況失磁保護(hù)定值

查看勵(lì)磁系統(tǒng)報(bào)警信息，勵(lì)磁報(bào)警出現(xiàn)的先后順序?yàn)椤癊XC. TRSF CB FAIL（勵(lì)磁變交流開關(guān)故障）”和“STOP OVERTIME（勵(lì)磁停機(jī)程序超時(shí)）”，結(jié)合監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)警信息，初步判斷勵(lì)磁故障。

通過監(jiān)控和勵(lì)磁系統(tǒng)的報(bào)警，判斷勵(lì)磁控制器電源輸出電壓異常或者其他原因，導(dǎo)致勵(lì)磁控制器程序異常，部分開入和開出信號(hào)丟失，因此監(jiān)控會(huì)有“EXCN OPERATING”、“EXCN REGULATOR AUTO”信號(hào)丟失。正常情況下，勵(lì)磁系統(tǒng)控制器中，以上兩個(gè)信號(hào)丟失，勵(lì)磁會(huì)報(bào)“EXC TRIP”將勵(lì)磁程序終止，并跳滅磁開關(guān)。但是由于勵(lì)磁控制器處于死機(jī)狀態(tài)，無法報(bào)跳閘信號(hào)，滅磁開關(guān)無法跳開。從監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫(kù)中可查到，勵(lì)磁信號(hào)丟失后，勵(lì)磁電流和定子電壓都開始下降，該過程導(dǎo)致勵(lì)磁變開關(guān)跳閘，勵(lì)磁控制器出勵(lì)磁變交流開關(guān)故障。勵(lì)磁變交流開關(guān)跳開后，失磁保護(hù)動(dòng)作，出口電氣保護(hù)跳閘，才將滅磁開關(guān)跳開，機(jī)組抽水運(yùn)行跳機(jī)。

（5）確定故障點(diǎn)

缺陷發(fā)生后，運(yùn)維人員立即趕到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行處理。并通過監(jiān)控、保護(hù)及勵(lì)磁系統(tǒng)報(bào)警分析缺陷原因。根據(jù)分析結(jié)果，定位缺陷部位可能為勵(lì)磁控制器供電電源模塊和勵(lì)磁控制器控制板。

（6）處理步驟

本次故障由監(jiān)控系統(tǒng)“EXCN OPERATING”、“EXCN REGULATOR AUTO”信號(hào)丟失開始，因此先分析了這兩個(gè)信號(hào)丟失的原因。“EXCN OPERATING”是勵(lì)磁啟動(dòng)流程中的綜合信號(hào)，該信號(hào)的部分邏輯如圖3所示。該信號(hào)正常，勵(lì)磁系統(tǒng)才正常執(zhí)行，發(fā)勵(lì)磁啟動(dòng)令。但是，該信號(hào)丟失的原因也較復(fù)雜，除圖3所示部分外，勵(lì)磁系統(tǒng)內(nèi)的開關(guān)狀態(tài)、勵(lì)磁控制方式、勵(lì)磁ready信號(hào)等都會(huì)影響該信號(hào)，因此該信號(hào)無法定位故障原因。然而，正常情況下，“EXCN OPERATING”邏輯中的任何一個(gè)條件不滿足，都會(huì)出勵(lì)磁報(bào)警和勵(lì)磁跳閘，但本次缺陷中監(jiān)控系統(tǒng)和勵(lì)磁控制器中均無任何相關(guān)報(bào)警，因此判斷當(dāng)時(shí)勵(lì)磁控制器處于死機(jī)狀態(tài)，無法正常工作。但勵(lì)磁控制器死機(jī)的具體原因無法確定，因此運(yùn)維人員進(jìn)行了以下試驗(yàn)進(jìn)行逐一排除。

圖3 勵(lì)磁控制器中“EXCN OPERATING”信號(hào)邏輯圖

1）利用直流電源給勵(lì)磁系統(tǒng)主通道供電，發(fā)現(xiàn)電源較低時(shí)，主通道自動(dòng)切至備用通道，且無法再將該通道切為主通道。該項(xiàng)試驗(yàn)證明，電源模塊的輸出電壓確實(shí)對(duì)勵(lì)磁控制器的工作有影響，但無法模擬本次缺陷發(fā)生的情景。

2）進(jìn)行手動(dòng)開機(jī)試驗(yàn)，試驗(yàn)過程中，切換主通道和備用通道，兩個(gè)通道切換正常，無異常現(xiàn)象。通道斷電切換時(shí)，監(jiān)控會(huì)有“EXCN OPERATING”、“EXCN REGULATOR AUTO”信號(hào)丟失，但信號(hào)不到1s時(shí)間均能恢復(fù)正常，手動(dòng)切換通道，監(jiān)控?zé)o任何報(bào)警。該試驗(yàn)證明，電源異常時(shí)，勵(lì)磁通道切換時(shí)，監(jiān)控會(huì)有“EXCN OPERATING”、“EXCN REGULATOR AUTO”信號(hào)丟失，但通道切換后，勵(lì)磁系統(tǒng)可正常工作，不影響機(jī)組運(yùn)行。本次缺陷具有偶發(fā)性，故障現(xiàn)象無法重現(xiàn)。

3）為了保證缺陷不再發(fā)生，運(yùn)維人員決定將勵(lì)磁控制器的電源模塊和控制板均更換，具體情況如下：

①更換電源模塊，將舊版本的電源模塊更換，更換后，電源模塊輸出電壓由原來的21V提高到24V，可更穩(wěn)定、可靠地為控制器供電。

②更換主通道的控制板（GMR3板），重新下裝程序和參數(shù)，保證控制器工作正常，舊的控制板返回廠家測(cè)試，進(jìn)一步查找原因。

③進(jìn)行小電流試驗(yàn)，驗(yàn)證控制板的觸發(fā)脈沖正確，確保可控硅工作正常。

④進(jìn)行手動(dòng)開機(jī)和假同期試驗(yàn)，確保各項(xiàng)參數(shù)正常。

4 原因分析

通過監(jiān)控和勵(lì)磁系統(tǒng)的報(bào)警，懷疑勵(lì)磁控制器電源輸出電壓異常，導(dǎo)致勵(lì)磁控制器程序異常，部分開入和開出信號(hào)丟失，因此監(jiān)控會(huì)有“EXCN OPERATING”、“EXCN REGULATOR AUTO”信號(hào)丟失。勵(lì)磁系統(tǒng)控制器中，如果勵(lì)磁運(yùn)行過程中這兩個(gè)信號(hào)丟失，勵(lì)磁會(huì)報(bào)“EXC TRIP”將勵(lì)磁程序終止，并跳滅磁開關(guān)。但是由于勵(lì)磁控制器處于死機(jī)狀態(tài)，無法報(bào)跳閘信號(hào)，滅磁開關(guān)無法跳開。從監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫(kù)中可查到，勵(lì)磁信號(hào)丟失后，勵(lì)磁電流和定子電壓都開始下降，該過程導(dǎo)致勵(lì)磁變開關(guān)跳閘，勵(lì)磁控制器出勵(lì)磁變交流開關(guān)故障。勵(lì)磁變交流開關(guān)跳開后，失磁保護(hù)動(dòng)作，出口電氣保護(hù)跳閘，才將滅磁開關(guān)跳開，機(jī)組抽水運(yùn)行跳機(jī)。

5 暴露問題

（1）1號(hào)機(jī)組勵(lì)磁控制器于2011年完成改造，其電源模塊已工作6年，需要加強(qiáng)關(guān)注。

（2）勵(lì)磁控制板返回廠家檢測(cè)，其檢測(cè)結(jié)果將作為勵(lì)磁控制板的重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象。

6 防止對(duì)策

為預(yù)防和控制同類缺陷再次發(fā)生而采取的技術(shù)措施、管理措施，以及舉一反三的排查和防控措施等見表1。

表1

7 結(jié)束語

本文針對(duì)某抽水蓄能電廠水泵水輪發(fā)電機(jī)組在水泵工況運(yùn)行過程中，由于1號(hào)機(jī)組勵(lì)磁“EXCN OPERATING”、“EXCN REGULATOR AUTO”信 號(hào)丟失。勵(lì)磁電流和定子電壓下降、勵(lì)磁變交流開關(guān)故障、勵(lì)磁下降、失磁保護(hù)動(dòng)作、電氣保護(hù)跳閘、機(jī)組跳機(jī)原因進(jìn)行認(rèn)真分析及相應(yīng)的檢查處理過程進(jìn)行了介紹，可以看出，通過監(jiān)控和勵(lì)磁系統(tǒng)的報(bào)警，判斷勵(lì)磁控制器電源輸出電壓異常原因，導(dǎo)致勵(lì)磁控制器程序異常，部分開入和開出信號(hào)丟失，監(jiān)控會(huì)有“EXCN OPERATING”、“EXCN REGULATOR AUTO”信號(hào)丟失。因此，一是采取更換電源模塊，將舊版本的電源模塊更換后，電源模塊輸出電壓由原來的21V提高到24V，可更穩(wěn)定、可靠地為控制器供電。二是更換主通道的控制板（GMR3板），重新下裝程序和參數(shù)，保證控制器工作正常。通過近一段時(shí)間設(shè)備的運(yùn)行情況看，取得了比較理想的效果。