蘇州工業(yè)園區(qū)藍(lán)天燃?xì)鉄犭娪邢薰?孫沿濤

某臺(tái)9E燃機(jī)發(fā)電機(jī)啟動(dòng)過程中勵(lì)磁電壓異常原因分析處理

蘇州工業(yè)園區(qū)藍(lán)天燃?xì)鉄犭娪邢薰?孫沿濤

本文主要講述了發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電壓異常原因分析及處理，與各位同仁共同學(xué)習(xí)探討。

9E燃機(jī)發(fā)電機(jī)；啟動(dòng)；電壓異常

引言

蘇州工業(yè)園區(qū)北部燃機(jī)熱電有限公司建有2×180兆瓦,供熱壓力1.6兆帕,最大對(duì)外供熱可達(dá)每小時(shí)250噸的燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組。燃?xì)廨啓C(jī)是GE公司生產(chǎn)的PG9171E型燃?xì)廨啓C(jī);鍋爐為無錫華光鍋爐廠有限公司生產(chǎn),型號(hào)為UG-PG9171E-R《Q1496/546-189(36) -6.0(0.62)/530(254)》型式為雙壓無補(bǔ)燃、懸吊立式、露天塔式布置、全懸吊結(jié)構(gòu)、自帶整體式除氧器、自然循環(huán)余熱鍋爐;汽輪機(jī)是南京汽輪電機(jī)(集團(tuán))有限責(zé)任公司生產(chǎn)的60MW雙壓(帶補(bǔ)汽)、單軸、單缸、可調(diào)抽汽凝汽式聯(lián)合循環(huán)汽輪機(jī),型號(hào)為: LCZ60-5.82/1.37/0.58。

1 9E燃機(jī)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)簡(jiǎn)介

燃機(jī)發(fā)電機(jī)是南京汽輪機(jī)(集團(tuán))有限責(zé)任公司生產(chǎn)的型號(hào)為QFR-135-2,額定容量為135MW,額定電壓為13.8kV,額定電流6645A,冷卻方式為CACW密閉循環(huán)空氣冷卻。

燃機(jī)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)由一臺(tái)主勵(lì)磁機(jī)和一臺(tái)副勵(lì)磁機(jī)組成,主勵(lì)磁機(jī)采用一臺(tái)三相交流無刷勵(lì)磁機(jī),副勵(lì)磁機(jī)采用一臺(tái)單相永磁發(fā)電機(jī)。主勵(lì)磁機(jī)是一臺(tái)三相同步發(fā)電機(jī),其磁場(chǎng)靜止、電樞旋轉(zhuǎn),電樞輸出的三相交流電經(jīng)同軸旋轉(zhuǎn)的三相旋轉(zhuǎn)整流裝置整流為直流,通入發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)繞組,供給發(fā)電機(jī)勵(lì)磁,因它取消了電刷和滑環(huán)所以稱為無刷勵(lì)磁機(jī);副勵(lì)磁機(jī)是一臺(tái)單相同步永磁發(fā)電機(jī),磁極在轉(zhuǎn)子上,極身用永磁材料制成,勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子通過法蘭和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子連接。主勵(lì)磁機(jī)和副勵(lì)磁機(jī)設(shè)計(jì)在同一個(gè)閉路管道通風(fēng)殼體內(nèi),它的進(jìn)風(fēng)、出風(fēng)全通到勵(lì)磁機(jī)頂端或者底架,然后再通到同步發(fā)電機(jī)進(jìn)風(fēng)口處。

燃機(jī)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)采用南瑞NES5100勵(lì)磁調(diào)節(jié)器,主要功能是精確快速地調(diào)節(jié)同步發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓和無功功率。NES5100勵(lì)磁調(diào)節(jié)器控制周期為3.3毫秒,它不斷地將給定值與反饋值進(jìn)行比較,然后進(jìn)行調(diào)節(jié)計(jì)算,最終去改變可控硅整流器的觸發(fā)角度。

2 異常發(fā)生過程及現(xiàn)象

2014年10月16日,#1聯(lián)合循環(huán)機(jī)組小修工作結(jié)束,進(jìn)行#1聯(lián)合循環(huán)機(jī)組并網(wǎng)帶負(fù)荷試運(yùn)。9∶00,燃機(jī)發(fā)啟動(dòng)令。9∶20,燃機(jī)全速空載,發(fā)電機(jī)啟勵(lì)80%額定電壓時(shí),發(fā)電機(jī)電壓突降至1.41kV,勵(lì)磁系統(tǒng)強(qiáng)勵(lì)動(dòng)作,勵(lì)磁電壓: 170.8V、勵(lì)磁電流:17A、發(fā)電機(jī)定子電流:1.906kA(發(fā)電機(jī)額定空載勵(lì)磁電壓:20V 、空載勵(lì)磁電流:1.2A )。

同時(shí)發(fā)電機(jī)現(xiàn)場(chǎng)巡檢值班員聽見異常聲響,看到發(fā)電機(jī)勵(lì)磁端有火星濺出,無冒煙現(xiàn)象,無焦味;值班員再次檢查燃機(jī)勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電壓:80V,勵(lì)磁電流: 8A,燃機(jī)發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓:0.09kV,發(fā)電機(jī)定子電流: 0.016kA,其他參數(shù)均正常。檢查燃機(jī)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁屏發(fā)“綜合限制及強(qiáng)勵(lì)限制報(bào)警信號(hào)”。

9∶27,聯(lián)合循環(huán)機(jī)組停運(yùn)。對(duì)故障勵(lì)磁錄波文件進(jìn)行分析,初步判斷為勵(lì)磁機(jī)故障。立即聯(lián)系相關(guān)設(shè)備廠家進(jìn)行善后處理。

3 異常原因分析

組織人員對(duì)#1燃機(jī)勵(lì)磁機(jī)進(jìn)行解體檢修,同時(shí)聯(lián)系勵(lì)磁系統(tǒng)廠家對(duì)勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行了檢測(cè),經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn):

(1)轉(zhuǎn)子接地檢測(cè)滑環(huán)裝置受損較嚴(yán)重,正、負(fù)極滑環(huán)相對(duì)面存在損傷凹坑,有放電拉弧的痕跡;

(2)燃機(jī)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁盤12只熔斷器全部擊穿;

(3)勵(lì)磁系統(tǒng)廠家技術(shù)人員至現(xiàn)場(chǎng)檢查勵(lì)磁控制系統(tǒng),初步判斷勵(lì)磁控制系統(tǒng)起勵(lì)過程中機(jī)端電壓突降,觸發(fā)強(qiáng)勵(lì)。

(4)對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行定子繞組絕緣電阻、定子繞組直流電阻、定子繞組泄漏電流試驗(yàn),數(shù)據(jù)均正常;發(fā)電機(jī)定、轉(zhuǎn)子測(cè)絕緣正常。

通過上述異?，F(xiàn)象進(jìn)行分析,主要原因如下:

一種原因是起勵(lì)升壓過程中勵(lì)磁機(jī)整流盤部分保險(xiǎn)絲因動(dòng)作特性不良等造成熔斷,導(dǎo)致機(jī)端電壓極速下降,建壓失敗;起勵(lì)升壓過程中機(jī)端電壓極速下降,導(dǎo)致勵(lì)磁控制系統(tǒng)強(qiáng)勵(lì)動(dòng)作,強(qiáng)勵(lì)先后反復(fù)動(dòng)作4次,整流盤熔斷器熱穩(wěn)定性迅速下降,導(dǎo)致整流盤共12組熔斷器全部損壞。當(dāng)熔斷器全部損壞時(shí),發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路與勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子回路完全斷開,發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路能量無法釋放,相當(dāng)于在正、負(fù)滑環(huán)上加了一個(gè)高壓,致使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子檢測(cè)回路的正、負(fù)滑環(huán)放電擊穿。

二種原因燃機(jī)升速中大軸前竄,起勵(lì)時(shí),正極刷架相對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子檢測(cè)回路的正滑環(huán)后移,與負(fù)滑環(huán)間距縮小,在轉(zhuǎn)子高速運(yùn)轉(zhuǎn)中外部異物或碳粉集聚造成發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子檢測(cè)回路的正、負(fù)滑環(huán)放電擊穿,致使起勵(lì)升壓過程中勵(lì)磁機(jī)整流盤保險(xiǎn)絲部分熔斷,故障進(jìn)一步循環(huán)放大后造成保險(xiǎn)絲全部熔斷。隨后導(dǎo)致機(jī)端電壓極速下降,建壓失敗;并導(dǎo)致勵(lì)磁控制系統(tǒng)強(qiáng)勵(lì)先后反復(fù)動(dòng)作4次。

4 異常處理措施及進(jìn)一步試驗(yàn)方案

重新更換全部整流二極管、熔斷器和新型號(hào)防止爆閃接地檢測(cè)滑環(huán)10型,并拆除了正極刷架及接線,完成全部復(fù)裝工作,并投入燃機(jī)盤車運(yùn)行正常。

燃機(jī)啟動(dòng)至空載,進(jìn)行發(fā)電機(jī)起勵(lì)建壓試驗(yàn)。零起升壓過程中,各參數(shù)(勵(lì)磁電壓、勵(lì)磁電流、發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓、發(fā)電機(jī)電流、勵(lì)磁導(dǎo)通角等)與原始曲線數(shù)據(jù)相比均正常,勵(lì)磁廠家現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行錄波。經(jīng)過多次試驗(yàn),上述試驗(yàn)結(jié)果均正常。

機(jī)組啟動(dòng)后,檢查燃機(jī)發(fā)電機(jī)自動(dòng)建壓正常。

采取的具體措施:

(1)勵(lì)磁機(jī)快速熔斷器運(yùn)行時(shí)間尚未滿3000小時(shí)即故障,對(duì)快速熔斷器進(jìn)行檢測(cè),明確過流特性。發(fā)電機(jī)額定勵(lì)磁電流為890A(2倍強(qiáng)勵(lì)下電流為1780A);單只快速熔斷器在10s下可承受最高電流為1200A(雙橋臂運(yùn)行時(shí)為2400A)。雙橋臂運(yùn)行時(shí)符合1.2倍額定電流對(duì)快熔的選型要求;但當(dāng)一只快熔熔斷,單橋臂運(yùn)行時(shí),無法滿足強(qiáng)勵(lì)要求,應(yīng)加強(qiáng)對(duì)完善后的快速熔斷器報(bào)警裝置監(jiān)測(cè),發(fā)現(xiàn)有快速熔斷器熔斷,及時(shí)停機(jī)更換。(如圖1所示)

(2)進(jìn)一步優(yōu)化發(fā)電機(jī)強(qiáng)勵(lì)動(dòng)作邏輯:

1)增加啟勵(lì)逆變時(shí)間判據(jù):1分鐘低于85%額定電壓自動(dòng)逆變,防止在啟動(dòng)過程中多次強(qiáng)勵(lì);

2)啟勵(lì)建壓過程中增加自動(dòng)錄波功能;

3)啟勵(lì)建壓過程中閉鎖PT斷線判據(jù)三。

(3)加強(qiáng)對(duì)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁機(jī)旋轉(zhuǎn)二極管及快速熔斷器的監(jiān)測(cè),進(jìn)一步保障快速熔斷器運(yùn)行的安全性,并完善旋轉(zhuǎn)二極管故障報(bào)警裝置及其功能,更換旋轉(zhuǎn)二極管故障報(bào)警裝置卡件。

(4)燃機(jī)發(fā)電機(jī)為無刷勵(lì)磁形式,該形式?jīng)Q定了滅磁主要依靠轉(zhuǎn)子本身的電阻來自然消耗轉(zhuǎn)子上剩余能量,避免產(chǎn)生突變電壓。為防止熔斷器全部損壞時(shí),發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路與勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子回路完全斷開,發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路能量無法釋放產(chǎn)生高電壓的情況,應(yīng)加強(qiáng)對(duì)快速熔斷器熔斷的監(jiān)視。

圖1

5 結(jié)束語

此次的發(fā)電機(jī)啟動(dòng)過程中勵(lì)磁電壓異常是個(gè)別案例,并不是所有發(fā)電機(jī)勵(lì)磁機(jī)設(shè)備異常而導(dǎo)致的事故,對(duì)事故主要原因進(jìn)行了分析,并對(duì)主要問題設(shè)備進(jìn)行處理后,可以避免相類似事故的再次發(fā)生。通過此次事故,各級(jí)生產(chǎn)管理技術(shù)人員更加全面清楚地了解發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)及相應(yīng)設(shè)備的工作狀態(tài),提高了關(guān)注度,對(duì)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)及設(shè)備有了更深的理解。

［1］南瑞NES5100 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器使用維護(hù)手冊(cè).

［2］GE公司運(yùn)行與維護(hù)手,GE資料.

［3］南汽公司發(fā)電機(jī)使用維護(hù)手冊(cè),南汽資料.

孫沿濤（1974—），男，江蘇鹽城人，工程師、注冊(cè)安全工程師，蘇州工業(yè)園區(qū)藍(lán)天燃?xì)鉄犭娪邢薰荆踩魅?，從事燃機(jī)電廠安全管理工作。