李虎城

（浙江華業(yè)電力工程股份有限公司，浙江寧波 315800）

我國(guó)電力建設(shè)事業(yè)不斷發(fā)展，目前國(guó)家電力系統(tǒng)已正式步入大電網(wǎng)、高壓、大機(jī)組階段?，F(xiàn)階段，大容量、高參數(shù)熱點(diǎn)機(jī)組發(fā)電機(jī)主要以同步發(fā)電機(jī)為例，勵(lì)磁系統(tǒng)則是以同步發(fā)電機(jī)為重要構(gòu)成部分。大容量機(jī)組自身操作穩(wěn)定性對(duì)安全運(yùn)行有直接影響，勵(lì)磁系統(tǒng)是發(fā)電機(jī)穩(wěn)定性主要影響因素，不僅能夠?qū)Πl(fā)電機(jī)組實(shí)施無(wú)功率電壓調(diào)節(jié)，同時(shí)也能夠?yàn)殡娋W(wǎng)安全性提供有力保障。

1 600 MW機(jī)組勵(lì)磁變故障診斷

1.1 故障現(xiàn)象

（1）發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子過(guò)電壓故障。

此故障主要表現(xiàn)在合閘過(guò)程中，按下合閘按鈕后，出現(xiàn)轉(zhuǎn)子過(guò)電壓報(bào)警現(xiàn)象。根據(jù)顯示的報(bào)警碼，檢查轉(zhuǎn)子回路故障后，根據(jù)檢查波形，判斷勵(lì)磁開(kāi)關(guān)橋式整流器輸入、輸出回路正常，檢查轉(zhuǎn)子回路及繞組，接線及絕緣電阻無(wú)異?，F(xiàn)象。經(jīng)過(guò)檢查、更換和測(cè)試電路板之間的導(dǎo)線，上述故障仍然存在[1]。

（2）勵(lì)磁電壓突變。

針對(duì)勵(lì)磁電壓突變，在相對(duì)較慢的限制函數(shù)下，對(duì)發(fā)電機(jī)的無(wú)效電力發(fā)生器沒(méi)有起到限制性作用，為了有效減少上述故障的保護(hù)和損失，應(yīng)對(duì)低激勵(lì)限制采用調(diào)整措施。增加值，實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)功功率降低問(wèn)題的限制，具有較好的穩(wěn)定性，但是效果慢；利用無(wú)功功率閉環(huán)的方式調(diào)整低激勵(lì)限制動(dòng)作開(kāi)關(guān)，在上述調(diào)整過(guò)程中，需要參照無(wú)功功率將上述數(shù)值調(diào)整為正常。

（3）瞬時(shí)過(guò)電流激發(fā)故障。

瞬時(shí)過(guò)電流激發(fā)故障原因主要為電弧現(xiàn)象導(dǎo)致短路，表現(xiàn)為機(jī)械的末端接地而逐漸消耗故障的能量。通過(guò)高速短路保護(hù)功能，可以保護(hù)內(nèi)部短路、整流輸出短路、發(fā)電機(jī)三相或單相短路的瞬變過(guò)程。由于脈沖丟失，整流柜發(fā)生異常，保險(xiǎn)絲和冷卻系統(tǒng)正常工作，主要是因?yàn)榘l(fā)生脈沖損失接口板整流橋整流柜和糾錯(cuò)板斷面等現(xiàn)象，導(dǎo)致通信故障[2]。

1.2 勵(lì)磁系統(tǒng)故障原因分析

（1）設(shè)備質(zhì)量問(wèn)題。

發(fā)電機(jī)勵(lì)磁碳刷由于生產(chǎn)廠家不同，質(zhì)量差別較大，表現(xiàn)為碳刷雜質(zhì)和顆粒不均勻，增加了運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程摩擦產(chǎn)生火花的概率。如果碳刷與滑環(huán)間存在縫隙，造成碳刷接觸不良等問(wèn)題，影響勵(lì)磁碳刷電流均勻性，甚至可能導(dǎo)致電流較大的碳刷高溫?zé)龘p。

（2）維護(hù)檢查工作。

在檢查過(guò)程中，轉(zhuǎn)子和電纜輸出的扭轉(zhuǎn)出現(xiàn)問(wèn)題，產(chǎn)生轉(zhuǎn)子電位和激勵(lì)電源方向相反的情況，勵(lì)磁失敗概率變高。上述問(wèn)題影響勵(lì)磁裝置的電源和發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電壓和變壓器整流等穩(wěn)定運(yùn)行，降低發(fā)電機(jī)的運(yùn)行效率。主要是因?yàn)閯?lì)磁繞組過(guò)載保護(hù)根據(jù)逆時(shí)間動(dòng)作基準(zhǔn)響應(yīng)勵(lì)磁繞組的平均加熱狀態(tài)，調(diào)整發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子過(guò)載能力缺陷[3]。設(shè)置在高壓或低壓側(cè)的勵(lì)磁變壓器，主電路發(fā)生故障時(shí)，長(zhǎng)時(shí)間的延遲導(dǎo)致發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的絕緣電阻，降低了轉(zhuǎn)子對(duì)接地保護(hù)的響應(yīng)速度，轉(zhuǎn)子的接地電阻判定接地條件時(shí)，主電路的短路故障無(wú)法起到保護(hù)作用。主要表現(xiàn)為發(fā)出警報(bào)信號(hào)、切換頻道、跳過(guò)勵(lì)磁開(kāi)關(guān)等故障現(xiàn)象，需要維護(hù)人員到現(xiàn)場(chǎng)記錄故障代碼[4]。

2 實(shí)例概述

某發(fā)電企業(yè)擁有600 MW國(guó)產(chǎn)超臨界機(jī)組2臺(tái)，發(fā)電機(jī)為上海汽輪機(jī)有限公司所生產(chǎn)，型號(hào)為QFSN-600-2，配備ABB公司生產(chǎn)的自并勵(lì)靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)，型號(hào)為Unitro5000，勵(lì)磁變?yōu)樘刈冸姽す舅a(chǎn)，型號(hào)為DB98H，以強(qiáng)制風(fēng)冷為主要冷卻方式，溫度達(dá)到130 ℃時(shí)自動(dòng)報(bào)警，當(dāng)電流為191/4 430 A時(shí)，額定電壓為2 000/880 V，短路阻抗為5.8%，最高溫度為80 ℃，絕緣等級(jí)為F級(jí)。

故障前，2號(hào)機(jī)組正常運(yùn)行，500 kV系統(tǒng)主變開(kāi)關(guān)5021、二系聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)5022處于合閘位置，機(jī)組有功負(fù)荷423 MW，無(wú)功負(fù)荷為28 MW，機(jī)端電流為12 157/12 241/12 268 A，機(jī)端電壓20/19.98/19.98 kV，勵(lì)磁電流為2 470 A。

事故發(fā)生當(dāng)天11:00，集控室事故喇叭轟鳴，500 kV系統(tǒng)主變開(kāi)關(guān)5021、二聯(lián)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)5022跳閘，汽機(jī)跳閘，鍋爐MFT保護(hù)動(dòng)作，ETS第一信號(hào)為“發(fā)變組主保護(hù)”，勵(lì)磁開(kāi)關(guān)跳閘，發(fā)變組差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，機(jī)組勵(lì)磁變保護(hù)裝置有“差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作”出口，6 kV廠用電三段開(kāi)關(guān)切換成功。立即確認(rèn)#2機(jī)高中壓主氣門(mén)、調(diào)節(jié)門(mén)、抽氣逆止門(mén)關(guān)閉，機(jī)組轉(zhuǎn)速下降。檢查#2機(jī)主機(jī)輔助油泵、盤(pán)車(chē)頂軸油泵啟動(dòng)成功，潤(rùn)滑油壓正常。同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)檢查人員報(bào)告2號(hào)勵(lì)磁變區(qū)域濃煙彌漫，勵(lì)磁變外罩、高壓側(cè)密封母線、高壓側(cè)CT嚴(yán)重?fù)p壞，2號(hào)發(fā)電機(jī)液體檢測(cè)裝置無(wú)積水、積油，發(fā)電機(jī)、主變及兩臺(tái)廠用高壓變壓器外觀無(wú)明顯異常。檢查電子室各保護(hù)動(dòng)作信號(hào)，#2勵(lì)磁變A、B、C相比例差動(dòng)動(dòng)作、差動(dòng)速斷動(dòng)作，#2主變A、B、C相比例差動(dòng)動(dòng)作、差動(dòng)速斷動(dòng)作。變壓器外護(hù)罩幾乎全部損毀，變壓器本體熏黑嚴(yán)重，高壓進(jìn)線封母和變壓器之間的膨脹節(jié)及連接銅絞線基本燒毀，高壓側(cè)的三相CT崩裂，高壓側(cè)CT與高壓繞組的連接軟銅線全部燒斷。但是#2勵(lì)磁變低壓側(cè)外觀基本完好，高壓側(cè)CT的二次接線連接牢固，除表面有熏黑外基本完好。本次事故沒(méi)有導(dǎo)致人員受傷，也未發(fā)現(xiàn)異物造成故障發(fā)生的跡象。

3 實(shí)例勵(lì)磁系統(tǒng)故障原因

經(jīng)過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，造成勵(lì)磁系統(tǒng)故障的原因較多，主要有設(shè)備質(zhì)量、運(yùn)行維護(hù)不當(dāng)、勵(lì)磁變壓器保護(hù)誤動(dòng)以及設(shè)備質(zhì)量工藝等問(wèn)題。部分工作設(shè)備不是常規(guī)制造商制造，導(dǎo)致勵(lì)磁碳刷的質(zhì)量不同，例如碳刷中的雜質(zhì)和不均勻顆粒。發(fā)電機(jī)滑環(huán)與某些刷子接觸不良，導(dǎo)致勵(lì)磁碳刷電流分布不均，碳刷電流分布高的容易燒損維護(hù)操作。

在發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電壓作用下，勵(lì)磁變壓器整流器由勵(lì)磁裝置的電源供電，必須正確連接勵(lì)磁變壓器電路，保證發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速和同步發(fā)電機(jī)儲(chǔ)存在殘余壓力下通用。已修復(fù)裝置以扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子和電纜進(jìn)入，轉(zhuǎn)子電位的方向與勵(lì)磁電源的方向相反，通過(guò)改變電纜方向或繼續(xù)對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行磁化，可以有效提高發(fā)電機(jī)的運(yùn)行效率。交感保護(hù)元件由于勵(lì)磁變壓器通常安裝在高壓側(cè)或低壓側(cè)，主電路故障可能是一個(gè)反應(yīng)，但延遲一般較長(zhǎng)。轉(zhuǎn)子接地保護(hù)對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣電阻降低有反應(yīng)，轉(zhuǎn)子接地條件可以通過(guò)相應(yīng)方法確定測(cè)量轉(zhuǎn)子接地，該轉(zhuǎn)子不能保護(hù)主電路不受短路。

在AVR調(diào)節(jié)器裝置出現(xiàn)故障的情況下，將發(fā)出一個(gè)總的警報(bào)信號(hào)、換頻道或切斷磁開(kāi)關(guān)等。在勵(lì)磁系統(tǒng)檢測(cè)中，經(jīng)常出現(xiàn)“E02”（勵(lì)磁瞬態(tài)過(guò)電流）故障，勵(lì)磁瞬時(shí)過(guò)流是一種快速的短路保持功能，用于保持內(nèi)部短路、整流輸出短路和同步電機(jī)（三相或單相電氣短路）的瞬態(tài)過(guò)程。勵(lì)磁電流高于預(yù)設(shè)值且延時(shí)超過(guò)預(yù)設(shè)值，出現(xiàn)此類(lèi)故障應(yīng)檢查整流柜是否有負(fù)載波動(dòng)，未發(fā)現(xiàn)整流柜故障，檢查PSI板（主電路信號(hào)轉(zhuǎn)接板）、PSI板、COB板的壓力信號(hào)（主控芯片）信號(hào)連接。故障發(fā)生在控制器插電自檢過(guò)程，檢查各整流管斷路器，無(wú)異常；檢查電磁場(chǎng)電路，未發(fā)現(xiàn)短路情況；檢查PSI板壓力信號(hào)以及PSI板與COB板的連接，壓力信號(hào)正常，但PSI板和COB板的連接不穩(wěn)定，取出COB板，重新插入控制器，清除故障。

4 勵(lì)磁系統(tǒng)故障處理措施與運(yùn)行維護(hù)建議

勵(lì)磁系統(tǒng)包括一系列常規(guī)的電氣設(shè)備組成，如勵(lì)磁變、斷路器、接觸器、風(fēng)機(jī)等，在運(yùn)行過(guò)程中，自診斷功能不斷檢測(cè)電控功能，并盡可能監(jiān)控雙通道系統(tǒng)中備用通道等冗余部件，但保護(hù)裝置只能在故障時(shí)動(dòng)作，不能自動(dòng)監(jiān)測(cè)[5]應(yīng)定期檢查設(shè)備的功能，將冗余部件投入運(yùn)行，測(cè)試其性能。

除定期檢查外，還應(yīng)進(jìn)行全面檢查：電子電路和整流橋中空氣循環(huán)引起的灰塵積聚；振動(dòng)導(dǎo)致端子螺絲松動(dòng)，有高壓大電流在勵(lì)磁電路中；絕緣污垢會(huì)引起電壓閃絡(luò)和嚴(yán)重的設(shè)備損壞。

定期維護(hù)系統(tǒng)可以大幅度降低風(fēng)險(xiǎn)，在運(yùn)行維護(hù)中，在發(fā)電機(jī)保護(hù)配置下勵(lì)磁主回路短路，勵(lì)磁機(jī)保護(hù)切除時(shí)，勵(lì)磁變壓器發(fā)生短路故障，可能導(dǎo)致勵(lì)磁設(shè)備長(zhǎng)期大電流損壞，擴(kuò)大事故范圍。在現(xiàn)有兩級(jí)勵(lì)磁變壓器過(guò)載保護(hù)的基礎(chǔ)上，增加一段電流保護(hù)，在適當(dāng)?shù)碾娏髡ê脱訒r(shí)條件下，可以快速實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁系統(tǒng)的故障保護(hù)，相關(guān)部門(mén)應(yīng)當(dāng)制定統(tǒng)一的內(nèi)部規(guī)章制度和計(jì)劃。例如，在電廠實(shí)施防止碳刷失效的評(píng)估方法，電廠相關(guān)人員必須嚴(yán)格遵守規(guī)章制度開(kāi)展自身工作。電氣運(yùn)維人員應(yīng)當(dāng)及時(shí)檢查勵(lì)磁系統(tǒng)的各個(gè)設(shè)備，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)采取相應(yīng)措施[6]。此外，所有面板都屬于集成面板，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法進(jìn)行維修，為保證出現(xiàn)面板高發(fā)故障時(shí)能夠及時(shí)解決，應(yīng)充足備件。勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的板片都是靜電敏感元件，出現(xiàn)板材異常、損壞的原因通常為干擾信號(hào)，為了降低影響，應(yīng)開(kāi)發(fā)磁屏蔽材料。操作環(huán)境中的灰塵也是導(dǎo)致電路板損壞的原因之一，干燥環(huán)境中帶有大量靜電，對(duì)電子元件的運(yùn)行產(chǎn)生威脅，因此應(yīng)保證環(huán)境清潔，維持適宜的溫度和濕度，維護(hù)電子產(chǎn)品安全。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，勵(lì)磁系統(tǒng)對(duì)600 MW機(jī)組的可靠穩(wěn)定運(yùn)行具有重要作用。因此，應(yīng)對(duì)實(shí)際運(yùn)行中容易發(fā)生的故障進(jìn)行診斷和分析，并根據(jù)故障表現(xiàn)和原因進(jìn)行處理和預(yù)防，避免類(lèi)似故障的再次發(fā)生，保證發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的穩(wěn)定和發(fā)電機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行設(shè)置，并我國(guó)電力事業(yè)可持續(xù)健康發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。