EX2100勵(lì)磁調(diào)節(jié)器故障處理

蔡國英(浙江浙能中煤舟山煤電有限責(zé)任公司，浙江 舟山 316131)

0 引言

某發(fā)電廠兩臺(tái)1 030 MW燃煤發(fā)電機(jī)組，采用美國GE公司制造的EX2100電壓源數(shù)字式靜止勵(lì)磁系統(tǒng)。GE EX2100是GE公司第三代數(shù)字式靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)，輸出勵(lì)磁電流，以控制發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓。EX2100勵(lì)磁系統(tǒng)由控制屏(AVR)、整流屏(SCR)、輔助屏、交流屏、直流屏以及勵(lì)磁變壓器組成。

EX2100勵(lì)磁調(diào)節(jié)器配置了三個(gè)冗余的控制單元：M1、M2和C，磁調(diào)節(jié)器為GE公司生產(chǎn)的EX2100控制器，共配置兩個(gè)通道，每一通道內(nèi)還分為自動(dòng)和手動(dòng)勵(lì)磁控制方式，正常時(shí)可在任一通道自動(dòng)運(yùn)行，當(dāng)此通道自動(dòng)運(yùn)行出現(xiàn)故障時(shí)，自動(dòng)切換到另一通道自動(dòng)運(yùn)行[1]；當(dāng)另一通道自動(dòng)運(yùn)行也出現(xiàn)故障時(shí)，則切換到該通道的手動(dòng)運(yùn)行?？刂破?C 接收與其他兩個(gè)控制器相同的反饋電壓和電流輸入，對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行計(jì)算并與M1、M2控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。對(duì)于自并勵(lì)機(jī)組的啟動(dòng)都存在一個(gè)起勵(lì)建壓的過程，啟勵(lì)模塊提供大約15%到20%的空載勵(lì)磁電流加到發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組，當(dāng)磁場(chǎng)電流上升到15%空載勵(lì)磁電流后，起勵(lì)回路自動(dòng)退出[2]。如果起勵(lì)失敗那么發(fā)電機(jī)將無法獲取初始勵(lì)磁，而對(duì)于勵(lì)磁調(diào)節(jié)器中的觸發(fā)回路，如同步電壓過低，是無法正常工作的，那么此時(shí)晶閘管也就無法正常觸發(fā)導(dǎo)通，因此機(jī)組就無法啟動(dòng)。

1 故障過程

某公司#2機(jī)組C修結(jié)束后，機(jī)組啟動(dòng)過程中，發(fā)電機(jī)建壓失敗。

1.1 故障前運(yùn)行狀態(tài)

#2機(jī)組發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速3 000 r/s，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器在AVR運(yùn)行模式，M1為主控制器，調(diào)節(jié)器及DCS后臺(tái)無報(bào)警。

1.2 故障經(jīng)過

在機(jī)組檢修后啟動(dòng)的過程中，#2發(fā)電機(jī)走順控并網(wǎng)邏輯，啟動(dòng)失敗。#2機(jī)DCS勵(lì)磁系統(tǒng)畫面報(bào)“#2機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)故障告警”，勵(lì)磁系統(tǒng)就地控制屏報(bào)警內(nèi)容為：“代碼68：53A Fail to close”即53A接觸器未吸合，其中53A為起勵(lì)接觸器，供電電壓為直流110 V，起勵(lì)回路(如圖1所示)。維護(hù)人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后對(duì)53A接觸器進(jìn)行測(cè)量檢查，線圈阻值為0.864 kΩ屬正常范圍，其他設(shè)備也未見異常，后與運(yùn)行人員進(jìn)行溝通，退出兩套發(fā)電機(jī)勵(lì)磁變保護(hù)屏內(nèi)“勵(lì)磁系統(tǒng)故障”非電量跳閘壓板后，再次進(jìn)行發(fā)電機(jī)空載自動(dòng)建壓，失敗報(bào)警與先前一致，隨后專業(yè)組人員對(duì)問題進(jìn)行進(jìn)一步查找、分析。

圖1 起勵(lì)回路

2 故障檢查及分析

#2機(jī)DCS勵(lì)磁系統(tǒng)畫面上報(bào)“#2機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)故障告警”，就地報(bào)警為：“代碼68：53A Fail to close”，檢修人員根據(jù)報(bào)警提供信息與現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行如下檢查。

2.1 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備二次回路檢查及分析

(1)對(duì)整個(gè)起勵(lì)控制回路提供電源的J2端口進(jìn)行了測(cè)量，正、負(fù)接點(diǎn)對(duì)地分別為±58 V左右，由此確認(rèn)起勵(lì)控制回路電源正常。

(2)對(duì)53A接觸器的線圈電阻又進(jìn)行了測(cè)量，阻值為0.864 kΩ。并對(duì)53B的線圈電阻進(jìn)行了測(cè)量，阻值為0.386 kΩ，53B是由與53A相同型號(hào)的兩個(gè)接觸器并聯(lián)而成，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，進(jìn)行對(duì)比后認(rèn)為53A接觸器線圈正常未損壞。

(3)對(duì)控制53A接觸器的二次回路進(jìn)行再一次檢查，53A接觸器控制回路(如圖2所示)。

圖3 53A接觸器控制回路

對(duì)起勵(lì)控制回路中EPDM(配電模塊)的J7-6、J7-12、J7-9與EXHS板卡(導(dǎo)引各控制回路中繼電器的接點(diǎn)輸出，接點(diǎn)輸入，并完成信號(hào)處理回路)中J7-3、J7-12、J7-9分別進(jìn)行了檢查、測(cè)量，各點(diǎn)電位正常，并對(duì)EXHS板的J7-9和J7-12端子進(jìn)行短接，發(fā)現(xiàn)53A接觸器能動(dòng)作，由此可以確認(rèn)起勵(lì)控制回路正常。

2.2 調(diào)節(jié)器控制板及軟件邏輯檢查分析

(1)在完成以上回路檢查后，暫未發(fā)現(xiàn)有設(shè)備損壞的跡象，為了確認(rèn)EXHS卡的工作情況，對(duì)故障進(jìn)行復(fù)歸，聯(lián)系運(yùn)行人員再次進(jìn)行起勵(lì)操作，觀察在起勵(lì)過程中EXHS板卡的狀態(tài)變化。經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)EXHS板上控制53A接觸器的K53AM1、K53AM2、K53AC，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備三個(gè)中間繼電器在起勵(lì)的過程中吸合約1 S，在滅磁開關(guān)跳開后斷開。檢修人員通過對(duì)EXHS板卡K53AM1、K53AM2、K53AC三個(gè)繼電器的動(dòng)作情況進(jìn)行判斷得出：EXHS收到了控制器發(fā)出的信號(hào)，EXHS板卡能夠正常工作，且中間繼續(xù)電器K53AM1、K53AM2、K53AC能夠正常動(dòng)作(檢查過程中也對(duì)K53AM1、K53AM2、K53AC三個(gè)繼電器進(jìn)行了線圈的阻值測(cè)量，均正常)。

(2)再次聯(lián)系運(yùn)行值班人員進(jìn)行起勵(lì)，用toolbox軟件觀察內(nèi)部程序的運(yùn)行情況。經(jīng)過觀察toolbox軟件內(nèi)控制程序運(yùn)行至第六步：close 53A check 后，控制器程序運(yùn)行失敗，控制器跳滅磁開關(guān)、發(fā)勵(lì)磁系統(tǒng)故障告警。程序運(yùn)行情況與勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的現(xiàn)場(chǎng)故障情況吻合，而且進(jìn)一步驗(yàn)證了現(xiàn)場(chǎng)觀察到K53AM1、K53AM2、K53AC三個(gè)繼電器吸合約1S后斷開原因是控制器對(duì)53A接觸器發(fā)0.5S的合閘脈沖，期間控制器如果沒有收到53A接觸器的反饋(為了確認(rèn)53A接觸器反饋節(jié)點(diǎn)的正確性，對(duì)53A接觸器兩邊的電源進(jìn)行短接使53A接觸器吸合，用toolbox軟件觀察到控制器可以收到反饋信號(hào))，起勵(lì)就終止，跳滅磁開關(guān)、發(fā)“勵(lì)磁系統(tǒng)故障”告警。在檢查過程中業(yè)考慮到是否因控制器發(fā)出的53A接觸器合閘脈沖過短而導(dǎo)致合作失敗，后經(jīng)確認(rèn)控制器對(duì)53A接觸器發(fā)的0.5 S合閘脈沖時(shí)間無法更改。

(3)根據(jù)上述情況進(jìn)行分析、判斷后認(rèn)為EXHS板卡正常，53A接觸器并未損壞，對(duì)二次回路進(jìn)行深入的檢查。檢修人員對(duì)二次回路各插口進(jìn)行再一次檢查、緊固，而后復(fù)歸故障，聯(lián)系運(yùn)行人員再次起勵(lì)，起勵(lì)任就失敗。

(4)隨后檢修人員決定對(duì)53A接觸器再一次重新確認(rèn)。聯(lián)系運(yùn)行值班員斷開起勵(lì)電源，用繼電保護(hù)測(cè)試儀對(duì)起勵(lì)接觸器進(jìn)行動(dòng)作特性測(cè)試。測(cè)試結(jié)果為：53A接觸器線圈電阻0.864 kΩ為正常值，動(dòng)作電壓加到110V時(shí)，該接觸器才動(dòng)作，而同樣型號(hào)的53B接觸器在82V左右就可以動(dòng)作，53A接觸器動(dòng)作值明顯偏大。

3 故障原因總結(jié)

綜合故障現(xiàn)象與檢查結(jié)果分析得出#2機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器起勵(lì)失敗的原因是：在#2機(jī)在起勵(lì)的過程中，雖然#2機(jī)廠用110 V直流系統(tǒng)正常能夠提供115 V左右的電壓，但起勵(lì)控制回路電阻變大導(dǎo)致53 A接觸器兩端控制電壓低于110 V，而53A接觸器動(dòng)作的電壓大于110V，起勵(lì)過程中53A接觸器無法動(dòng)作導(dǎo)致起勵(lì)失敗。另外，在故障檢查的過程中在對(duì)EXHS板的J7-9和J7-12端子進(jìn)行短接時(shí)，人為的減小了回路電阻，這時(shí)接觸器兩端的電壓勉強(qiáng)能夠達(dá)到接觸器的動(dòng)作電壓，所以在短接時(shí)53A接觸器可以動(dòng)作，誤導(dǎo)了檢修人員的判斷，不能快速查找到故障。

在GE2100勵(lì)磁調(diào)節(jié)器使用的過程中，還出現(xiàn)其他方面的故障：

(1)勵(lì)磁裝置的86P和86N跳閘繼電器動(dòng)作功率較小，不滿足重要跳閘回路繼電器動(dòng)作功率不低于5 W的反措要求，受到交流干擾后動(dòng)作先跳閘滅磁開關(guān)引起機(jī)組停機(jī)，故障信息：Trip Not Running 52closed、Trip Abort stop Trip、Trip via Lockout (86)。

(2) EDEX(滅磁板)故障導(dǎo)致M2控制器報(bào)故障，且相應(yīng)的EDCF(直流采用板)供電電源熔絲熔斷，使得板卡無法運(yùn)行，故障信息：Problem in M2，M2 Keypad上面：M2直流電壓、直流電流沒有采樣。

(3)分合閘繼電器導(dǎo)致的起勵(lì)失敗，故障信息：41 Fail to Close。

(4) C控制器EDCF板卡故障，故障信息：Problem in C, EX2100軟件中顯示：C3 Fid Current problem, C3 Fid Volt problem，繼電器動(dòng)作。

(5) #3整流橋的EHPA勵(lì)磁裝置觸發(fā)脈沖放大器板故障，導(dǎo)致#3整流橋跳閘，故障信息：Bridge3 Fan1 BAD，Bridge3 Fan2 BAD。

4 結(jié)語

GE2100 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器在某廠10多年的運(yùn)行過程中，除了個(gè)別板卡出現(xiàn)問題外設(shè)備相對(duì)比較穩(wěn)定。在檢修特別要做好設(shè)備的清灰工作，如果設(shè)備運(yùn)行環(huán)境比較潮濕[3]，還要對(duì)各板卡之間接頭多進(jìn)行檢查，在必要的情況下安裝加熱器，在設(shè)備停運(yùn)時(shí)投入。在設(shè)計(jì)上，由于GE2100勵(lì)磁調(diào)節(jié)器為進(jìn)口產(chǎn)品，接入故障錄波和PMU 的勵(lì)磁電壓和勵(lì)磁電流信號(hào)未考慮其測(cè)量范圍及響應(yīng)性能，輸出變送器無法滿足我國的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，另外無法提供勵(lì)磁系統(tǒng)低勵(lì)限制、過勵(lì)限制、定子過電流限制及V/Hz限制特性等內(nèi)部邏輯、參數(shù)的說明，缺少與DCS、DEH雙向冗余通訊接口、外加白噪聲接口，以及無法現(xiàn)場(chǎng)查看各整流橋的溫度以及均流、均壓情況。