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        蓄能機組失磁保護動作跳機原因分析與處理

        2018-11-07 07:08:06董翰寧董錦川
        水電站機電技術(shù) 2018年10期
        關(guān)鍵詞:故障信號

        董翰寧,董錦川

        (1.國網(wǎng)新源控股有限公司電力檢修分公司,北京100068;2.國網(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臺單機容量為200MW的立軸單級混流可逆式水泵水輪發(fā)電機組,裝機總?cè)萘繛?0萬kW。該抽水蓄能電廠系利用已建某水庫為下庫,在××山后上寺溝頭修建上庫,上下庫落差430m。電廠樞紐主要建筑物有上庫、引水道、地下廠房、尾水道及下庫等。上庫采用瀝青混凝土面板堆石壩,壩頂長464m,最大壩高70m;庫盆采用全面瀝青混凝土襯護防滲,周長1628m,總庫容401萬m3。設(shè)計年發(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)運行;減少火電頻繁調(diào)整出力和開啟,改善運行條件,降低煤耗,同時兼有填谷、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號機組抽水運行過程中,OIS上出現(xiàn)“EXCN OPERATING”、“EXCN REGULATOR AUTO”信號丟失。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”報警信號,1號機跳機。04:58:42.224,OIS上“EXCN OPERATING”、“EXCN REGULATOR AUTO”信號恢復(fù),開始出現(xiàn)“EXCN alarm”和“EXCN trip”。1號機組電氣保護跳閘,走停機流程。其他運行方式不變。

        3 處理過程

        (1)值守人員

        立即通知ON-CALL人員進入現(xiàn)場確認(rèn)發(fā)變組保護盤失磁保護報警信號并檢查勵磁系統(tǒng)報警情況;通知運維負(fù)責(zé)人及相關(guān)領(lǐng)導(dǎo),說明1號機組抽水工況跳機報警情況,通知設(shè)備專責(zé)進行缺陷處理;立即向調(diào)度說明現(xiàn)場情況。

        (2)ON-CALL 人員

        現(xiàn)場檢查保護盤柜,有“失磁保護動作”報警;1號機組勵磁控制盤有“EXC. TRSF CB FAIL”和“STOP OVERTIME”報警,滅磁開關(guān)和勵磁變交流開關(guān)均已分開;機械保護柜和現(xiàn)地控制盤光子盤均有電氣保護跳閘信號。

        (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)變組保護誤動作;

        2)勵磁控制柜電源故障;

        3)勵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)變組保護控制器錄波,錄波顯示轉(zhuǎn)子電流已消失(圖1),確實已經(jīng)達到失磁保護動作的定值(圖2),保護動作正常,排除保護誤動作的可能。

        圖1 1號機組電動工況失磁保護動作錄波圖

        圖2 1號機組電動工況失磁保護定值

        查看勵磁系統(tǒng)報警信息,勵磁報警出現(xiàn)的先后順序為“EXC. TRSF CB FAIL(勵磁變交流開關(guān)故障)”和“STOP OVERTIME(勵磁停機程序超時)”,結(jié)合監(jiān)控系統(tǒng)報警信息,初步判斷勵磁故障。

        通過監(jiān)控和勵磁系統(tǒng)的報警,判斷勵磁控制器電源輸出電壓異?;蛘咂渌颍瑢?dǎo)致勵磁控制器程序異常,部分開入和開出信號丟失,因此監(jiān)控會有“EXCN OPERATING”、“EXCN REGULATOR AUTO”信號丟失。正常情況下,勵磁系統(tǒng)控制器中,以上兩個信號丟失,勵磁會報“EXC TRIP”將勵磁程序終止,并跳滅磁開關(guān)。但是由于勵磁控制器處于死機狀態(tài),無法報跳閘信號,滅磁開關(guān)無法跳開。從監(jiān)控數(shù)據(jù)庫中可查到,勵磁信號丟失后,勵磁電流和定子電壓都開始下降,該過程導(dǎo)致勵磁變開關(guān)跳閘,勵磁控制器出勵磁變交流開關(guān)故障。勵磁變交流開關(guān)跳開后,失磁保護動作,出口電氣保護跳閘,才將滅磁開關(guān)跳開,機組抽水運行跳機。

        (5)確定故障點

        缺陷發(fā)生后,運維人員立即趕到現(xiàn)場進行處理。并通過監(jiān)控、保護及勵磁系統(tǒng)報警分析缺陷原因。根據(jù)分析結(jié)果,定位缺陷部位可能為勵磁控制器供電電源模塊和勵磁控制器控制板。

        (6)處理步驟

        本次故障由監(jiān)控系統(tǒng)“EXCN OPERATING”、“EXCN REGULATOR AUTO”信號丟失開始,因此先分析了這兩個信號丟失的原因?!癊XCN OPERATING”是勵磁啟動流程中的綜合信號,該信號的部分邏輯如圖3所示。該信號正常,勵磁系統(tǒng)才正常執(zhí)行,發(fā)勵磁啟動令。但是,該信號丟失的原因也較復(fù)雜,除圖3所示部分外,勵磁系統(tǒng)內(nèi)的開關(guān)狀態(tài)、勵磁控制方式、勵磁ready信號等都會影響該信號,因此該信號無法定位故障原因。然而,正常情況下,“EXCN OPERATING”邏輯中的任何一個條件不滿足,都會出勵磁報警和勵磁跳閘,但本次缺陷中監(jiān)控系統(tǒng)和勵磁控制器中均無任何相關(guān)報警,因此判斷當(dāng)時勵磁控制器處于死機狀態(tài),無法正常工作。但勵磁控制器死機的具體原因無法確定,因此運維人員進行了以下試驗進行逐一排除。

        圖3 勵磁控制器中“EXCN OPERATING”信號邏輯圖

        1)利用直流電源給勵磁系統(tǒng)主通道供電,發(fā)現(xiàn)電源較低時,主通道自動切至備用通道,且無法再將該通道切為主通道。該項試驗證明,電源模塊的輸出電壓確實對勵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)進行手動開機試驗,試驗過程中,切換主通道和備用通道,兩個通道切換正常,無異?,F(xiàn)象。通道斷電切換時,監(jiān)控會有“EXCN OPERATING”、“EXCN REGULATOR AUTO”信號丟失,但信號不到1s時間均能恢復(fù)正常,手動切換通道,監(jiān)控?zé)o任何報警。該試驗證明,電源異常時,勵磁通道切換時,監(jiān)控會有“EXCN OPERATING”、“EXCN REGULATOR AUTO”信號丟失,但通道切換后,勵磁系統(tǒng)可正常工作,不影響機組運行。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,運維人員決定將勵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試,進一步查找原因。

        ③進行小電流試驗,驗證控制板的觸發(fā)脈沖正確,確??煽毓韫ぷ髡!?/p>

        ④進行手動開機和假同期試驗,確保各項參數(shù)正常。

        4 原因分析

        通過監(jiān)控和勵磁系統(tǒng)的報警,懷疑勵磁控制器電源輸出電壓異常,導(dǎo)致勵磁控制器程序異常,部分開入和開出信號丟失,因此監(jiān)控會有“EXCN OPERATING”、“EXCN REGULATOR AUTO”信號丟失。勵磁系統(tǒng)控制器中,如果勵磁運行過程中這兩個信號丟失,勵磁會報“EXC TRIP”將勵磁程序終止,并跳滅磁開關(guān)。但是由于勵磁控制器處于死機狀態(tài),無法報跳閘信號,滅磁開關(guān)無法跳開。從監(jiān)控數(shù)據(jù)庫中可查到,勵磁信號丟失后,勵磁電流和定子電壓都開始下降,該過程導(dǎo)致勵磁變開關(guān)跳閘,勵磁控制器出勵磁變交流開關(guān)故障。勵磁變交流開關(guān)跳開后,失磁保護動作,出口電氣保護跳閘,才將滅磁開關(guān)跳開,機組抽水運行跳機。

        5 暴露問題

        (1)1號機組勵磁控制器于2011年完成改造,其電源模塊已工作6年,需要加強關(guān)注。

        (2)勵磁控制板返回廠家檢測,其檢測結(jié)果將作為勵磁控制板的重點關(guān)注對象。

        6 防止對策

        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

        本文針對某抽水蓄能電廠水泵水輪發(fā)電機組在水泵工況運行過程中,由于1號機組勵磁“EXCN OPERATING”、“EXCN REGULATOR AUTO”信 號丟失。勵磁電流和定子電壓下降、勵磁變交流開關(guān)故障、勵磁下降、失磁保護動作、電氣保護跳閘、機組跳機原因進行認(rèn)真分析及相應(yīng)的檢查處理過程進行了介紹,可以看出,通過監(jiān)控和勵磁系統(tǒng)的報警,判斷勵磁控制器電源輸出電壓異常原因,導(dǎo)致勵磁控制器程序異常,部分開入和開出信號丟失,監(jiān)控會有“EXCN OPERATING”、“EXCN REGULATOR AUTO”信號丟失。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。通過近一段時間設(shè)備的運行情況看,取得了比較理想的效果。

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