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(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)風(fēng)機(jī)電源故障導(dǎo)致機(jī)組跳閘原因分析及預(yù)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(duì)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)整流柜風(fēng)機(jī)電源故障導(dǎo)致機(jī)組跳閘進(jìn)行了深入分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)故障現(xiàn)象和試驗(yàn)數(shù)據(jù)，找到了故障原因，提出了解決方法和預(yù)防措施，為電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：勵(lì)磁系統(tǒng)；風(fēng)機(jī)電源；故障；機(jī)組跳閘

0　前言

發(fā)電機(jī)勵(lì)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(hào)：①可以根據(jù)電網(wǎng)的負(fù)荷變化調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流以維持機(jī)端電壓給定值；②控制各并列運(yùn)行各點(diǎn)機(jī)間的無功功率分配；③提高發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行的暫態(tài)和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性；④在發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障時(shí)進(jìn)行滅磁，以減少故障損失；⑤提高繼電保護(hù)的靈敏性；⑥改善電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性等。所以，勵(lì)磁系統(tǒng)的穩(wěn)定直接和電力系統(tǒng)的穩(wěn)定相關(guān)。

隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的技術(shù)也得到了很大的提高，但是勵(lì)磁系統(tǒng)的輔助設(shè)備也不能忽視，這些設(shè)備一旦發(fā)生故障，就有可能導(dǎo)致勵(lì)磁系統(tǒng)的不正常運(yùn)行。比如勵(lì)磁系統(tǒng)整流柜的冷卻風(fēng)機(jī)，在勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)行過程中起著勵(lì)磁系統(tǒng)整流柜內(nèi)部元件降溫的作用。當(dāng)勵(lì)磁系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，晶閘管功率大、發(fā)熱快，這時(shí)主要靠冷卻風(fēng)機(jī)降溫。當(dāng)冷卻風(fēng)機(jī)停止工作時(shí)，勵(lì)磁系統(tǒng)會(huì)報(bào)故障信號(hào)跳發(fā)電機(jī)。

1　發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)基本配置

某電廠#1機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)均采用自并勵(lì)靜止晶閘管勵(lì)磁系統(tǒng)，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器由ABB有限公司提供，型號(hào)為：UNITROL5000，由東方電機(jī)股份有限公司組裝。勵(lì)磁變采用佛山順特電氣設(shè)備有限公司產(chǎn)品。勵(lì)磁系統(tǒng)包括調(diào)節(jié)柜、磁場(chǎng)開關(guān)柜、直流母線柜、整流柜、交流封母柜、勵(lì)磁變。勵(lì)磁系統(tǒng)信號(hào)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(hào)通過硬接線送入DCS系統(tǒng)。機(jī)組測(cè)控屏上送至中調(diào)。勵(lì)磁系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

圖1　勵(lì)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(jī)組為新建600MW機(jī)組，按相關(guān)要求要對(duì)機(jī)組進(jìn)行勵(lì)磁系統(tǒng)電力穩(wěn)定器（PSS）試驗(yàn)。按試驗(yàn)計(jì)劃電氣調(diào)試負(fù)責(zé)人組織各單位人員，進(jìn)行了勵(lì)磁PSS試驗(yàn)前的安全技術(shù)交底，交底會(huì)上試驗(yàn)負(fù)責(zé)人講述了試驗(yàn)的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)及試驗(yàn)的相關(guān)要求。試驗(yàn)負(fù)責(zé)人認(rèn)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(yùn)行情況。為了試驗(yàn)順利進(jìn)行，防止試驗(yàn)時(shí)因發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓過低而影響機(jī)組輔機(jī)設(shè)備正常運(yùn)行，試驗(yàn)負(fù)責(zé)人建議廠用系統(tǒng)切換到起備變帶負(fù)荷運(yùn)行，并得到了同意。

試驗(yàn)當(dāng)天下午2時(shí)30分，試驗(yàn)負(fù)責(zé)人開了勵(lì)磁PSS試驗(yàn)工作票，工作票的安全措施是：退出機(jī)組AGC，退出機(jī)組一次調(diào)頻，退出機(jī)組AVC。下午3時(shí)30分左右，試驗(yàn)負(fù)責(zé)人下令給運(yùn)行人員，保持#1機(jī)組有功功率600MW，將機(jī)組無功功率減到0 kvar。運(yùn)行人員接令后，在控制室慢慢調(diào)節(jié)機(jī)組無功量，機(jī)組無功量減到0 kvar左右，勵(lì)磁系統(tǒng)報(bào)勵(lì)磁整流柜風(fēng)機(jī)電源1故障、電源2故障，勵(lì)磁系統(tǒng)故障，發(fā)變組保護(hù)裝置報(bào)勵(lì)磁系統(tǒng)故障。同時(shí)跳閘#1主變高壓側(cè)開關(guān)、滅磁開關(guān)、跳汽輪機(jī)、鍋爐MFT動(dòng)作，機(jī)組故障解列停機(jī)。

2.2原因分析

試驗(yàn)人員調(diào)取勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)器裝置和發(fā)變組保護(hù)裝置故障信號(hào)記錄，報(bào)故障信號(hào)時(shí)間順序分別是：整流柜柜風(fēng)機(jī)電源1電源故障信號(hào)、整流柜柜風(fēng)機(jī)電源2電源故障信號(hào)、勵(lì)磁故障信號(hào)、機(jī)組故障解列信號(hào)、發(fā)變組保護(hù)出口跳閘停機(jī)信號(hào)。

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

勵(lì)磁系統(tǒng)整流柜風(fēng)機(jī)有兩路220V交流電源，電源1取至勵(lì)磁變壓器低壓側(cè)，電源2取至機(jī)組廠用電源保安B段。電源1為風(fēng)機(jī)常用電源，電源2為風(fēng)機(jī)備用電源，并可以互相切換。當(dāng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器檢測(cè)到風(fēng)機(jī)電源電壓低壓定值時(shí)（200V，1s），會(huì)報(bào)電源故障信號(hào)同時(shí)切換至另一路電源，如果另一路電源也檢測(cè)到電壓低時(shí)，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器就會(huì)發(fā)“勵(lì)磁系統(tǒng)故障信號(hào)”，并傳至發(fā)變組保護(hù)裝置，由保護(hù)裝置出口跳機(jī)及解列。

試驗(yàn)負(fù)責(zé)人調(diào)取機(jī)組故障錄波數(shù)據(jù)分析，機(jī)組跳閘時(shí)，由于機(jī)組無功率降到0 kvar左右，此時(shí)機(jī)組機(jī)端電壓較低，最低是18.9kV，見圖2機(jī)組跳閘時(shí)電壓錄波圖（機(jī)端額定電壓22kV）。此時(shí)勵(lì)磁變壓器高壓側(cè)電壓，降低了14%左右，由于勵(lì)磁系統(tǒng)整流柜由于勵(lì)磁系統(tǒng)整流柜風(fēng)機(jī)電源1取至勵(lì)磁變低壓側(cè)電壓，即220V×（1-14%）=189V左右。按此推算勵(lì)磁系統(tǒng)整流柜風(fēng)機(jī)電源1會(huì)低于200V，電源1報(bào)警屬于正常情況。由于試驗(yàn)前廠用6kV電源是由起備變壓器帶著運(yùn)行，所以#1機(jī)組6kv母線電壓基本不變化，保持6kV左右，按此推算勵(lì)磁系統(tǒng)整流柜風(fēng)機(jī)電2不會(huì)低于200V，電源2報(bào)警屬于不正?，F(xiàn)象。要求勵(lì)磁廠家調(diào)出勵(lì)磁調(diào)節(jié)器故障記錄，發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)電源2在機(jī)組開始減無功時(shí)已經(jīng)報(bào)了電源故障，并且在這之前10天內(nèi)都會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)風(fēng)機(jī)電源2故障信號(hào)。試驗(yàn)負(fù)責(zé)人要求，對(duì)風(fēng)機(jī)電源電壓采樣繼電器重新校驗(yàn)，校驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)電源2電壓繼電器偏差7V，即電壓實(shí)際輸入低于207V就會(huì)報(bào)警。由于此時(shí)廠用電源帶滿負(fù)荷運(yùn)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(lì)磁小間只有205V左右。所以風(fēng)機(jī)電源2剛好低于設(shè)置定值而報(bào)故障信號(hào)。這次試驗(yàn)開始前，風(fēng)機(jī)電源2故障信號(hào)一直存在，當(dāng)風(fēng)機(jī)電源1在發(fā)電無功功率降低到0 kvar左右時(shí)，機(jī)端電壓（勵(lì)磁變高壓側(cè)電壓）、勵(lì)磁變低壓側(cè)電壓、風(fēng)機(jī)電源1電壓也隨之降低并達(dá)到故障告警值。當(dāng)風(fēng)機(jī)電源1故障告警自動(dòng)切換至風(fēng)機(jī)電源2，因風(fēng)機(jī)電源2故障信號(hào)試驗(yàn)前就存在，所以勵(lì)磁調(diào)節(jié)器裝置判斷風(fēng)機(jī)電源切換失敗，同時(shí)發(fā)“勵(lì)磁系統(tǒng)故障信號(hào)”至發(fā)變組保護(hù)裝置。發(fā)變組保護(hù)裝置收到“勵(lì)磁系統(tǒng)故障信號(hào)”后出口跳機(jī)解列停機(jī)。

圖2　機(jī)組跳閘時(shí)電壓錄波圖

3　解決方法及預(yù)防措施

通過以上分析，引起這次跳機(jī)的直接原因是勵(lì)磁風(fēng)機(jī)電源2電源繼電器誤差較大；廠用電壓偏低；風(fēng)機(jī)電源告警信號(hào)沒有設(shè)計(jì)到DCS、ECMS等后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)，很難及時(shí)發(fā)現(xiàn)；試驗(yàn)人員試驗(yàn)前對(duì)系統(tǒng)檢查不夠細(xì)致。

通過這次試驗(yàn)，暴露出了勵(lì)磁系統(tǒng)新問題。針對(duì)這次暴露出來的問題進(jìn)行了整改：①更換合格的整流柜風(fēng)機(jī)電源電壓檢測(cè)繼電器；②增加運(yùn)行巡檢檢查風(fēng)機(jī)電源電壓項(xiàng)目，保證兩路風(fēng)機(jī)電源正常運(yùn)行；③增加勵(lì)磁整流柜風(fēng)機(jī)電源告警信號(hào)至DCS系統(tǒng)，運(yùn)行人員能及時(shí)發(fā)現(xiàn)。

勵(lì)磁系統(tǒng)功率柜是發(fā)電機(jī)勵(lì)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(jī)

提供勵(lì)磁電流，其中整流元件為晶閘管，在運(yùn)行過程會(huì)產(chǎn)生很大的熱量，主要散熱系統(tǒng)是冷卻風(fēng)扇，所以勵(lì)磁整流柜元件要正常運(yùn)行，冷卻風(fēng)扇至關(guān)重要。

要保證風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行，可以采取以下預(yù)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(yàn)人員試驗(yàn)前認(rèn)真檢查設(shè)備、系統(tǒng)狀態(tài)，試驗(yàn)時(shí)密切關(guān)注系統(tǒng)參數(shù)變化，發(fā)現(xiàn)異常立即停止試驗(yàn)；④根據(jù)實(shí)際情況配備勵(lì)磁系統(tǒng)備品備件，不影響機(jī)組正常起動(dòng)發(fā)電機(jī)時(shí)間；⑤除了提供可靠風(fēng)機(jī)電源外，還要保持勵(lì)磁小房間通風(fēng)、恒溫、清潔等環(huán)境。通過以上解決方案和預(yù)防措施，為機(jī)組順利投入到商業(yè)運(yùn)行奠定了一定的基礎(chǔ)。

4　結(jié)論

發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中起著重要的作用，勵(lì)磁系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行也和機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行息息相關(guān)，引起勵(lì)磁系統(tǒng)不穩(wěn)定運(yùn)行的因素很多。如以上所述的勵(lì)磁系統(tǒng)整流柜的冷卻風(fēng)機(jī)電源故障，也會(huì)引起機(jī)組跳閘的風(fēng)險(xiǎn)。這是在以前機(jī)組運(yùn)行中很少發(fā)生的事情，但是經(jīng)過這次試驗(yàn)暴露出問題，希望能引起大家的重視。勵(lì)磁系統(tǒng)整流柜風(fēng)機(jī)電源在以往不被重視，通過這次跳機(jī)事件，希望能通過設(shè)計(jì)完善、設(shè)備改進(jìn)、運(yùn)行檢查、試驗(yàn)檢測(cè)等各方面改善措施，減少類似的事情發(fā)生。

參考文獻(xiàn)：

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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(yàn)工作。