鄧外哺

（廣州粵能電力科技開發(fā)有限公司，廣東廣州　510080）

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發(fā)電機勵磁系統(tǒng)風機電源故障導致機組跳閘原因分析及預防措施

鄧外哺

（廣州粵能電力科技開發(fā)有限公司，廣東廣州510080）

摘要：對發(fā)電機勵磁系統(tǒng)整流柜風機電源故障導致機組跳閘進行了深入分析，結合現(xiàn)場故障現(xiàn)象和試驗數(shù)據(jù)，找到了故障原因，提出了解決方法和預防措施，為電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行提供依據(jù)。

關鍵詞：勵磁系統(tǒng)；風機電源；故障；機組跳閘

0　前言

發(fā)電機勵磁系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中發(fā)揮著非常重要的作用，它有著“電力系統(tǒng)穩(wěn)定器”的稱號：①可以根據(jù)電網(wǎng)的負荷變化調(diào)節(jié)勵磁電流以維持機端電壓給定值；②控制各并列運行各點機間的無功功率分配；③提高發(fā)電機并列運行的暫態(tài)和動態(tài)穩(wěn)定性；④在發(fā)電機內(nèi)部故障時進行滅磁，以減少故障損失；⑤提高繼電保護的靈敏性；⑥改善電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性等。所以，勵磁系統(tǒng)的穩(wěn)定直接和電力系統(tǒng)的穩(wěn)定相關。

隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的技術也得到了很大的提高，但是勵磁系統(tǒng)的輔助設備也不能忽視，這些設備一旦發(fā)生故障，就有可能導致勵磁系統(tǒng)的不正常運行。比如勵磁系統(tǒng)整流柜的冷卻風機，在勵磁系統(tǒng)運行過程中起著勵磁系統(tǒng)整流柜內(nèi)部元件降溫的作用。當勵磁系統(tǒng)正常運行時，晶閘管功率大、發(fā)熱快，這時主要靠冷卻風機降溫。當冷卻風機停止工作時，勵磁系統(tǒng)會報故障信號跳發(fā)電機。

1　發(fā)電機勵磁系統(tǒng)基本配置

某電廠#1機組勵磁系統(tǒng)均采用自并勵靜止晶閘管勵磁系統(tǒng)，勵磁調(diào)節(jié)器由ABB有限公司提供，型號為：UNITROL5000，由東方電機股份有限公司組裝。勵磁變采用佛山順特電氣設備有限公司產(chǎn)品。勵磁系統(tǒng)包括調(diào)節(jié)柜、磁場開關柜、直流母線柜、整流柜、交流封母柜、勵磁變。勵磁系統(tǒng)信號通過485通信接口和硬接線兩種方式送入廠用電監(jiān)控管理系統(tǒng)（ECMS），重要SOE信號通過硬接線送入DCS系統(tǒng)。機組測控屏上送至中調(diào)。勵磁系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

圖1　勵磁系統(tǒng)原理圖

2　故障現(xiàn)象及原因分析

2.1故障現(xiàn)象

某電廠#1發(fā)電機組為新建600MW機組，按相關要求要對機組進行勵磁系統(tǒng)電力穩(wěn)定器（PSS）試驗。按試驗計劃電氣調(diào)試負責人組織各單位人員，進行了勵磁PSS試驗前的安全技術交底，交底會上試驗負責人講述了試驗的風險點及試驗的相關要求。試驗負責人認為，該電廠目前系統(tǒng)出現(xiàn)系統(tǒng)電壓不高、系統(tǒng)無功量少的運行情況。為了試驗順利進行，防止試驗時因發(fā)電機機端電壓過低而影響機組輔機設備正常運行，試驗負責人建議廠用系統(tǒng)切換到起備變帶負荷運行，并得到了同意。

試驗當天下午2時30分，試驗負責人開了勵磁PSS試驗工作票，工作票的安全措施是：退出機組AGC，退出機組一次調(diào)頻，退出機組AVC。下午3時30分左右，試驗負責人下令給運行人員，保持#1機組有功功率600MW，將機組無功功率減到0 kvar。運行人員接令后，在控制室慢慢調(diào)節(jié)機組無功量，機組無功量減到0 kvar左右，勵磁系統(tǒng)報勵磁整流柜風機電源1故障、電源2故障，勵磁系統(tǒng)故障，發(fā)變組保護裝置報勵磁系統(tǒng)故障。同時跳閘#1主變高壓側(cè)開關、滅磁開關、跳汽輪機、鍋爐MFT動作，機組故障解列停機。

2.2原因分析

試驗人員調(diào)取勵磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)器裝置和發(fā)變組保護裝置故障信號記錄，報故障信號時間順序分別是：整流柜柜風機電源1電源故障信號、整流柜柜風機電源2電源故障信號、勵磁故障信號、機組故障解列信號、發(fā)變組保護出口跳閘停機信號。

通過以上故障現(xiàn)象分析，這次引起機組跳閘直接原因可以初步確定為勵磁系統(tǒng)整流柜風機電源故障，勵磁調(diào)節(jié)器檢查到風機電源故障信號后發(fā)“勵磁系統(tǒng)故障信號”至發(fā)變組保護裝置，發(fā)變組保護裝置出口跳閘停機。

勵磁系統(tǒng)整流柜風機有兩路220V交流電源，電源1取至勵磁變壓器低壓側(cè)，電源2取至機組廠用電源保安B段。電源1為風機常用電源，電源2為風機備用電源，并可以互相切換。當勵磁調(diào)節(jié)器檢測到風機電源電壓低壓定值時（200V，1s），會報電源故障信號同時切換至另一路電源，如果另一路電源也檢測到電壓低時，勵磁調(diào)節(jié)器就會發(fā)“勵磁系統(tǒng)故障信號”，并傳至發(fā)變組保護裝置，由保護裝置出口跳機及解列。

試驗負責人調(diào)取機組故障錄波數(shù)據(jù)分析，機組跳閘時，由于機組無功率降到0 kvar左右，此時機組機端電壓較低，最低是18.9kV，見圖2機組跳閘時電壓錄波圖（機端額定電壓22kV）。此時勵磁變壓器高壓側(cè)電壓，降低了14%左右，由于勵磁系統(tǒng)整流柜由于勵磁系統(tǒng)整流柜風機電源1取至勵磁變低壓側(cè)電壓，即220V×（1-14%）=189V左右。按此推算勵磁系統(tǒng)整流柜風機電源1會低于200V，電源1報警屬于正常情況。由于試驗前廠用6kV電源是由起備變壓器帶著運行，所以#1機組6kv母線電壓基本不變化，保持6kV左右，按此推算勵磁系統(tǒng)整流柜風機電2不會低于200V，電源2報警屬于不正常現(xiàn)象。要求勵磁廠家調(diào)出勵磁調(diào)節(jié)器故障記錄，發(fā)現(xiàn)風機電源2在機組開始減無功時已經(jīng)報了電源故障，并且在這之前10天內(nèi)都會經(jīng)常出現(xiàn)風機電源2故障信號。試驗負責人要求，對風機電源電壓采樣繼電器重新校驗，校驗時發(fā)現(xiàn)風機電源2電壓繼電器偏差7V，即電壓實際輸入低于207V就會報警。由于此時廠用電源帶滿負荷運行，廠電電壓不高，保安電源經(jīng)過電纜壓降后電壓偏低，電壓到勵磁小間只有205V左右。所以風機電源2剛好低于設置定值而報故障信號。這次試驗開始前，風機電源2故障信號一直存在，當風機電源1在發(fā)電無功功率降低到0 kvar左右時，機端電壓（勵磁變高壓側(cè)電壓）、勵磁變低壓側(cè)電壓、風機電源1電壓也隨之降低并達到故障告警值。當風機電源1故障告警自動切換至風機電源2，因風機電源2故障信號試驗前就存在，所以勵磁調(diào)節(jié)器裝置判斷風機電源切換失敗，同時發(fā)“勵磁系統(tǒng)故障信號”至發(fā)變組保護裝置。發(fā)變組保護裝置收到“勵磁系統(tǒng)故障信號”后出口跳機解列停機。

圖2　機組跳閘時電壓錄波圖

3　解決方法及預防措施

通過以上分析，引起這次跳機的直接原因是勵磁風機電源2電源繼電器誤差較大；廠用電壓偏低；風機電源告警信號沒有設計到DCS、ECMS等后臺監(jiān)控系統(tǒng)，很難及時發(fā)現(xiàn)；試驗人員試驗前對系統(tǒng)檢查不夠細致。

通過這次試驗，暴露出了勵磁系統(tǒng)新問題。針對這次暴露出來的問題進行了整改：①更換合格的整流柜風機電源電壓檢測繼電器；②增加運行巡檢檢查風機電源電壓項目，保證兩路風機電源正常運行；③增加勵磁整流柜風機電源告警信號至DCS系統(tǒng)，運行人員能及時發(fā)現(xiàn)。

勵磁系統(tǒng)功率柜是發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的重要組成部分，其主要作用是交流電壓轉(zhuǎn)換直流電壓向發(fā)電機

提供勵磁電流，其中整流元件為晶閘管，在運行過程會產(chǎn)生很大的熱量，主要散熱系統(tǒng)是冷卻風扇，所以勵磁整流柜元件要正常運行，冷卻風扇至關重要。

要保證風機正常運行，可以采取以下預防措施：①調(diào)節(jié)主變器電壓檔位提高廠用6kV電壓；②調(diào)節(jié)廠用電干式變電壓檔位提高380V電壓；③試驗人員試驗前認真檢查設備、系統(tǒng)狀態(tài)，試驗時密切關注系統(tǒng)參數(shù)變化，發(fā)現(xiàn)異常立即停止試驗；④根據(jù)實際情況配備勵磁系統(tǒng)備品備件，不影響機組正常起動發(fā)電機時間；⑤除了提供可靠風機電源外，還要保持勵磁小房間通風、恒溫、清潔等環(huán)境。通過以上解決方案和預防措施，為機組順利投入到商業(yè)運行奠定了一定的基礎。

4　結論

發(fā)電機勵磁系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中起著重要的作用，勵磁系統(tǒng)的穩(wěn)定運行也和機組的穩(wěn)定運行息息相關，引起勵磁系統(tǒng)不穩(wěn)定運行的因素很多。如以上所述的勵磁系統(tǒng)整流柜的冷卻風機電源故障，也會引起機組跳閘的風險。這是在以前機組運行中很少發(fā)生的事情，但是經(jīng)過這次試驗暴露出問題，希望能引起大家的重視。勵磁系統(tǒng)整流柜風機電源在以往不被重視，通過這次跳機事件，希望能通過設計完善、設備改進、運行檢查、試驗檢測等各方面改善措施，減少類似的事情發(fā)生。

參考文獻：

［1］徐鵬煜.發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)器2次故障分析［J］.電力安全技術, 2013，15（10）：52-53.

［2］羅海春.同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)故障經(jīng)驗交流［J］.水電廠自動化, 2014，35（1）：46-48.

作者簡介：鄧外哺（1982-），男，本科，工程師，主要從事發(fā)電廠電氣調(diào)試及試驗工作。