何欣然

（西安交通大學電氣75班，陜西西安 710049）

引言

某能源廠有2 臺N15-4.30 型15 MW 凝汽式汽輪發(fā)電機組（編號1#、2#），其發(fā)電機為QFW-15-2A型，勵磁機由一臺主勵磁機和一臺副勵磁機組成，其主勵磁機采用一臺三相交流無刷勵磁機，副勵磁機采用一臺TFY2.85-3000C 單相永磁發(fā)電機，其系統(tǒng)見圖1。

圖1 15 MW凝汽式汽輪發(fā)電機勵磁系統(tǒng)示意圖

自動電壓調(diào)節(jié)器采用DVR-2000B 微機勵磁調(diào)節(jié)器，工作在主、備用方式。主通道工作，副通道作為熱備用跟蹤工作通道，并能進行無擾動切換。

1 故障發(fā)生

2019 年4 月24 日2#汽輪發(fā)電機組在8 h 定修結(jié)束后，16：25正常啟動，17：05發(fā)電機并網(wǎng)，微機勵磁調(diào)節(jié)器B通道（主）運行，A通道（副）跟蹤。

機組運行至19：00 左右，DVR-2000B 微機勵磁控制柜里的微機勵磁調(diào)節(jié)器A 通道上的“通道故障”紅燈亮，發(fā)電機后臺電腦報“2#發(fā)電機保護測控屏-發(fā)電機差動保護單元-CHA 故障”。當班人員在檢查發(fā)電機，確認系統(tǒng)運行正常后，按“RST”復位鍵，該報警消除。20：00 左右微機勵磁調(diào)節(jié)器A、B通道均報“通道故障”，后臺電腦也報“CHA、CHB 故障”無法復位。詳見圖2。

圖2 監(jiān)控電腦故障信息

2 故障臨時處理

當班職工檢查發(fā)電機、主副勵磁機及輔機工作無異常；檢查微機勵磁調(diào)節(jié)器各部件及接線，無松動、變色現(xiàn)象；觀察勵磁調(diào)節(jié)器表計，檢查機端三相電壓平均值UG1、定子三相電流平均值IG1、勵磁電流IFD、手動PID 的給定參考電流IFR、自動PID 的給定參考電壓VGR、觸發(fā)角ARF 等未發(fā)現(xiàn)異常；操作通道選擇開關，由自動切換成手動；操作減磁/增磁開關，增減磁功能正常；當班人員經(jīng)過上述排查，確認發(fā)電機勵磁系統(tǒng)尚可維持運行，但通道報警無法消除。

為減少該報警音對值班員監(jiān)控機組的干擾，運行人員將微機勵磁調(diào)節(jié)器A、B 通道菜單中的“保護投退”欄中的“自檢故障”由“投入”改為“退出”，A、B通道的“通道故障”紅燈滅，DVR 勵磁裝置兩通道退出自檢，備用通道A 恢復跟蹤備用功能。此時如遇電力系統(tǒng)異常，裝置仍可以正常動作起到保護作用。但由于退出自檢，裝置自身異常無法及時發(fā)現(xiàn)，一旦裝置自身故障擴大，主副勵磁調(diào)節(jié)器都不能正常工作，將會使發(fā)電機有失磁危險。為了查找故障原因，及時消除發(fā)電生產(chǎn)安全隱患，仍需對調(diào)節(jié)器做進一步排查。

3 故障排查

3.1 測量1#機與2#機勵磁裝置的對地電壓，據(jù)此參考分析現(xiàn)場主副勵磁調(diào)節(jié)器屏蔽、電源品質(zhì)、裝置絕緣狀況

考慮到該勵磁裝置在線運行，故障排查只能在不影響生產(chǎn)的情況下按先易后難的原則進行。因為1#機與2#機在完全相同的環(huán)境下工作，1#機勵磁裝置工作正常，2#機發(fā)生通道故障報警，故障排查最簡單的方法是對兩機組勵磁裝置做個對比，找出明顯偏差點。遂決定先對1#機與2#機的勵磁裝置進行一些輔助測量工作，以便對比分析?？紤]到絕緣搖表沒有萬用表好控制，為避免絕緣搖表過電壓，會使裝置損壞，決定采用萬用表電壓檢測法，測量1#機與2#機勵磁裝置的對地電壓(見表1)，通過對比相同環(huán)境下1#機與2#機勵磁裝置的對地電壓數(shù)值，據(jù)此參考分析現(xiàn)場主副勵磁調(diào)節(jié)器屏蔽、電源品質(zhì)、裝置絕緣狀況。

表1 1#機與2#機勵磁裝置的對地電壓

從檢測數(shù)據(jù)看，1#機和2#機勵磁裝置的對地電壓數(shù)值沒有明顯偏差，沒能發(fā)現(xiàn)2#機勵磁調(diào)節(jié)器故障的可疑原因。

3.2 過去常見故障點排查

該機組自2007 年投產(chǎn)以來，勵磁裝置運行穩(wěn)定，只出現(xiàn)過兩次因5 V 電源模塊輸出電壓降低CPU工作失常而更換電源模塊的情況。

2#機DVR2000B 勵磁裝置最近一次精度校驗是2017 年1 月，當時的精度校驗合格，未進行模塊更換。經(jīng)過對副勵磁調(diào)節(jié)器（A）故障信息進一步檢查，發(fā)現(xiàn)“故障追憶”CAN 通訊故障顯示5 V 電壓為4.73 V，“測量顯示”參數(shù)中顯示副調(diào)節(jié)器的5 V、12 V工作電壓均正常。

勵磁調(diào)節(jié)裝置自檢是高頻運行，若5V電壓有瞬時偏低，而測量顯示是有效值，不能反映瞬時異常。

裝置設置的電壓報警限是±5%，可能存在電源劣化，5 V 電壓低于報警限發(fā)生故障報警，5 V 電源主要是主機板CPU 與通訊工作電壓，4 V 能滿足CPU正常運行。

2019 年5 月16 日，再次對2#機勵磁系統(tǒng)進行在線檢查5 V 工作電壓，5 V 電壓波形穩(wěn)定，最高5.4 V、最低4.6 V，排除調(diào)節(jié)器電源電壓紊亂故障。

3.3 對2#機勵磁系統(tǒng)信號電纜的屏蔽接地檢查

2#機DVR2000B 勵磁系統(tǒng)信號使用屏蔽線，一點接地完好。

3.4 副勵磁調(diào)節(jié)器檢查

2#機DVR2000B 勵磁裝置報CAN、CAB 通訊故障，是副勵磁調(diào)節(jié)器（通道A）首發(fā)，決定先在線檢查副勵磁調(diào)節(jié)器。

檢查CAN 通訊信號：CAN 通訊是主副勵磁調(diào)節(jié)器之間通過現(xiàn)場總線CAN-BUS 進行連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和協(xié)調(diào)控制。根據(jù)CAN 總線差分信號工作原理，當顯性（0）時，CAN-H 是高電平，CAN-L 是低電平，兩者之差約為2.5 V；當隱性（1）時，CAN-H與CAN-L 電平一致,差值為0 V。通過測量副調(diào)節(jié)器CAN 通訊波形，發(fā)現(xiàn)通訊波形紊亂沒顯示出此特性，而且高電平有效值0.8 V，CAN-H 與CAN-L 最大差值約為1.6 V，不符合CAN通信工作特性。

對比1#發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)器通訊信號檢查，1#機CAN通訊的正常波形。

故障排查結(jié)論：根據(jù)故障報警首發(fā)信息及在線檢測分析，確認2#機勵磁系統(tǒng)CAN通訊異常。

4 故障處理

由于通訊單元集成在勵磁調(diào)節(jié)器主機板（CPU板），為了不影響機組生產(chǎn)運行，決定在線更換副調(diào)節(jié)器主機板,分以下幾個步驟進行。

4.1 在線更換2#機勵磁副調(diào)節(jié)器的主機板及電源卡

(1)將主副調(diào)節(jié)器聯(lián)鎖解耦。

(2)切斷副調(diào)節(jié)器電源板電源。

(3)更換主機板，恢復接線端子排。

(4)電源板上電檢查。更換主機板后，副調(diào)節(jié)器上電，將裝置自檢投入后，通道故障未發(fā)生報警，對CAN通訊檢查，波形與1#機組類似，CAN-H與CANL最大差值約為2.8 V。

（5）對更換主機板的副調(diào)節(jié)器進行參數(shù)設置和調(diào)整。

（6）更換電源卡。在精度調(diào)整時發(fā)現(xiàn)12 V電源電壓偏低（11.16 V），于是在參數(shù)調(diào)整完成后將電源Ι更換，12 V電源顯示正常。

4.2 主副通道互切，驗證其可切換性

6月13日做在線手動切換試驗，切換正常。

4.3 后續(xù)跟蹤驗證

該裝置曾于2017年返廠校驗，2年的校驗周期已滿，2019 年9 月24 日機組停機檢修時，將調(diào)節(jié)器下線，進行測控參數(shù)精度校驗，精度校驗合格。

5 在線故障處理注意事項

（1）正確使用工器具，防止副調(diào)節(jié)器功率單元信號和強電線路短路或接地，造成勵磁系統(tǒng)故障擴大，導致機組停機。

（2）檢修更換電源板時先確認電源開關處于斷開位置，防止調(diào)節(jié)器發(fā)生誤上電。

（3）主運行調(diào)節(jié)器檢查前，必須先手動在線切換，退出主運行。切換時主副調(diào)節(jié)器須滿足觸發(fā)角、UGR、IFR三條件一致。

（4）調(diào)節(jié)器設置有顯示參數(shù)精度調(diào)整，新老主機板對12 V 電壓信號的測量精度調(diào)整的偏差會導致出現(xiàn)顯示不一致現(xiàn)象。

（5）當勵磁系統(tǒng)信號測量偏差過大，會影響裝置自動控制精度，導致裝置發(fā)生誤報警，從而影響生產(chǎn)的正常運行。定期進行標準信號校驗，可以消除測量誤差，從測量信號的漂移量反映出設備劣化程度，從而科學安排備件及檢修間隔周期，保證設備處于良好狀態(tài)。

6 結(jié)束語

發(fā)電機組微機勵磁調(diào)節(jié)器專業(yè)技術含量高，涉及通訊、集成電路和計算機芯片等技術，電廠運行人員一般只會對其進行操作和做簡單的故障現(xiàn)象描述，本文提供了一個微機勵磁調(diào)節(jié)器在線故障排查及處理的良好案例，有利于提高電廠運行人員對微機勵磁調(diào)節(jié)器突發(fā)故障報警時的異常處置能力。