韓麗

國家能源集團山東石橫熱電有限公司 山東肥城 271621

在所有的有刷發(fā)電機電氣運行規(guī)程中，發(fā)電機正常運行中的檢查項目里都會包括碳刷無過短、過熱、跳動、卡澀、冒火現(xiàn)象；所采用的檢查方法包括用紅外成像測溫，鉗形電流表測電流，不管是測溫還是測電流都需人員定期手動測量，周期長的每月或每周一測，周期短的每日一測。由于測電流費時費力，不少電廠甚至不測電流，只測溫，而測溫一旦發(fā)現(xiàn)超溫，人員容易慌亂，這時已經(jīng)是碳刷均流度很差，沒有實時電流數(shù)據(jù)想快速找出分流差的碳刷很難，隨時間推移，造成接觸與滑環(huán)發(fā)熱的劣化循環(huán)，留下了很大的安全隱患。

目前，有的電廠逐步引進發(fā)電機勵磁碳刷電流在線裝置，安裝在碳刷就地附近，通過電流傳感器來反應碳刷電流的大小，以此來判斷碳刷運行狀況。運行人員根據(jù)電流高限遠傳報警和定期巡檢來發(fā)現(xiàn)碳刷異常情況。工作效率低，問題發(fā)現(xiàn)不及時。一旦電流高限報警，運行人員容易慌亂。

1 立項背景

1.1 案例

某電廠發(fā)電機為東方電機有限責任公司制造的QFQS-200-2型三相交流隱極式同步發(fā)電機。某日，有功功率170MW，無功功率56MVar，轉(zhuǎn)子電壓293V，轉(zhuǎn)子電流1309A。21時13分，運行人員發(fā)現(xiàn)發(fā)電機滑環(huán)處有弧光和火苗冒出，21時16分49秒、57秒盤前“發(fā)電機轉(zhuǎn)子一點接地”、“發(fā)電機轉(zhuǎn)子兩點接地”光字報警相繼發(fā)出，17分45秒將#5汽輪機打閘，手動將發(fā)電機解列。

停機后檢查發(fā)現(xiàn)，靠近發(fā)電機的負極滑環(huán)側(cè)損壞嚴重，刷盒有4個幾乎全部燒熔，2個碳刷刷辮燒斷，其余4個刷盒內(nèi)的碳刷不同程度燒熔，2個刷架上固定刷盒的堵板燒損，碳刷架上絕緣板部分碳化，刷架底座上MS尼龍螺栓部分熔化，導電環(huán)及刷架支座沿內(nèi)圓圓弧部分燒熔，集電環(huán)表面燒損痕跡明顯，內(nèi)側(cè)絕緣筒碳化嚴重，集電環(huán)表面及轉(zhuǎn)子大軸臺階處有弧光灼傷的麻點。

1.2 發(fā)電機勵磁碳刷維護現(xiàn)狀

長期以來因發(fā)電機勵磁碳刷維護不當引發(fā)的環(huán)火事故造成的非計劃停機，給不少發(fā)電廠造成較大經(jīng)濟損失。環(huán)火事故發(fā)生突然，時間短，難于及時處理，往往造成集電環(huán)刷握以及碳刷的燒損，維修費用高、周期長。目前，在發(fā)電廠，發(fā)電機勵磁碳刷維護現(xiàn)狀如下：

現(xiàn)狀一：隨著機組運行年限的增加，從碳刷分流的相對平衡到嚴重失衡的周期越來越短，不少電廠在發(fā)生打火甚至環(huán)火事故后，已由之前的每月一測或每周一測改為每日一測，工作量顯著增加。

現(xiàn)狀二：很多電廠碳刷電流分配嚴重不平衡運行比較普遍，之所以未廣泛頻繁發(fā)生環(huán)火事故，風扇散熱起了關鍵作用；但是只要存在大電流碳刷，發(fā)電機碳刷系統(tǒng)就相當于處在一個危險邊緣，應當引起注意。

現(xiàn)狀三：雖然有風扇散熱這一安全保險，但是碳刷均流度差相當于碳刷系統(tǒng)始終工作在危險臨界點附近，一旦均流度再次惡化，即使有散熱風扇做保險也無濟于事，特別是當夏季高峰負荷來臨，環(huán)境溫度高，勵磁總電流增大，碳刷均流度差，再加上人員維護不及時，碳刷系統(tǒng)發(fā)生環(huán)火事故的概率非常大，況且散熱系統(tǒng)本身也可能出問題，這也是為什么每年都有電廠發(fā)生環(huán)火事故的直接原因。

現(xiàn)狀四：人員定期點檢，更多是當碳刷出現(xiàn)打火，斷辮等明顯異常現(xiàn)象時，才發(fā)現(xiàn)問題并報告，一定程度上造成了事態(tài)的加重，而且只針對打火、斷辮碳刷做維護并不能從根本上解決碳刷均流度差。

現(xiàn)狀五：碳刷電流手動測量弊端明顯，環(huán)境惡劣高溫高燥測量不便，人員距離大軸很近且測量耗時長，也存在對人員及發(fā)電機的危險性。

現(xiàn)狀六：很多發(fā)電機在出廠時就會存在先天不分或少分電流的碳刷，難以解決，尤其是2000年之后出現(xiàn)多碳刷合一的恒壓刷握，也正是因為這一缺陷，剩余碳刷的電流平衡問題就更值得我們重視。

現(xiàn)狀七：發(fā)電機廠家考慮到成本與空間的因素，碳刷冗余度做的不高是一個普遍情況，一旦均流度變差，將很容易出現(xiàn)大電流碳刷。

將人工定期測量改造為系統(tǒng)后臺實時在線監(jiān)測，可第一時間發(fā)現(xiàn)問題碳刷，及時處理碳刷接觸不良、震動等造成的分流不良情況，盡量調(diào)整各個碳刷電流基本平衡，避免出現(xiàn)大電流碳刷，消滅環(huán)火事故于萌芽中，真正做到預防環(huán)火及更大事故的發(fā)生。

2 應用設計與實施

利用機組小修時機，通過軟硬件相結(jié)合，實現(xiàn)了#6發(fā)電機勵磁碳刷在公司EDPF-NTPLUS系統(tǒng)中的遠程實時監(jiān)測。

2.1 硬件安裝

安裝發(fā)電機勵磁碳刷電流在線監(jiān)測主機一臺，監(jiān)測主機為壁掛安裝，安裝在發(fā)電機車衣內(nèi)，與所敷設的電流信號電纜、電源線及報警電纜固定在車衣上，便于在發(fā)電機檢修時同車衣一體進行拆裝，接線為插頭插接式，方便檢修。

在發(fā)電機正負極刷架上各安裝八組碳刷電流傳感器，每個刷握對應一個傳感器組。就地共安裝96個霍爾傳感器（300MW機組），并與碳刷電流裝置主機相連接。主機主界面碳刷編號及位置如圖1所示，其刷握位置編號如圖2所示。每個傳感器可實時采集發(fā)電機勵磁碳刷電流信息，即本地實時顯示發(fā)電機96個碳刷電流變化，按照預置的報警值，在碳刷電流超過預置報警值時，提供電流超限報警顯示，提醒維護人員檢修。

圖2 刷握編號位置圖

2.2 控制電纜敷設并接線

（1）一路裝置電源，由UPS接入碳刷電流裝置主機，給裝置供電。

（2）一根通訊電纜，由碳刷電流裝置主機接入EDPFNTPLUS系統(tǒng)COM卡第一通道。

（3）一根光字牌報警電纜，由碳刷電流裝置主機接入EDPF-NTPLUS系統(tǒng)相應DI卡件。

2.3 EDPF-NTPLUS系統(tǒng)COM卡件及AI測點組態(tài)

2.3.1 新建測點

EDPF-NTPLUS系統(tǒng)中，新建96個AI測點，與96個霍爾傳感器傳輸電流一一對應。模擬量測點的順序為A1（1-6）、A2（1-6）、A3（1-6）、A4（1-6）、A5（1-6）、A6（1-6）、A7（1-6）、A8（1-6）；B1（1-6）、B2（1-6）、B3（1-6）、B4（1-6）、B5（1-6）、B6（1-6）、B7（1-6）、B8（1-6）。

2.3.2 邏輯組態(tài)

對EDPF-NTPLUS系統(tǒng)中的相關COM卡進行組態(tài)，定義COM卡功能為AI功能，建立虛擬COM-AI卡件1（定義為：1-32通道）、COM-AI卡件2（定義為：33-64通道）、COM-AI卡件3（定義為：65-96通道）。96個傳感器與96個通道一一對應。每個COM-AI卡件中自定義屬性中，數(shù)據(jù)類型必須設置為0:int16，字節(jié)順序類型設置為0:b3b2b1b0，標變系數(shù)a設置為1.0，標變系數(shù)b設置為0.0。

2.3.3 繪制相關邏輯圖

對A、B兩側(cè)各48個測點分別做邏輯求和，顯示實時勵磁電流。

2.3.4 新增1個DI報警點

EDPF-NTPLUS系統(tǒng)中，新建1個DI測點，碳刷電流裝置主機出現(xiàn)電流超限報警時，在EDPF-NTPLUS系統(tǒng)中通過軟光字牌進行報警。

2.3.5 繪制“碳刷電流監(jiān)測”實時畫面圖

EDPF-NTPLUS系統(tǒng)“發(fā)變組系統(tǒng)”畫面中，增加“碳刷電流監(jiān)測”按鈕，對“碳刷電流監(jiān)測”實時畫面進行組態(tài)。

2.4 通訊設置與調(diào)試

EDPF-COMII模塊是EDPF分布式高速智能測量測控網(wǎng)絡中的智能通訊單元，碳刷監(jiān)測電流主機通過RS485串行口，以MODBUS協(xié)議為規(guī)約，用通訊電纜與EDPF-COMII模塊連接。

2.4.1 通訊任務配置

（1）建立用戶超級終端配置。在win98，winNT或往后更高級的系統(tǒng)里，選“程序”-＞“附件”-＞“超級終端”，雙擊Hypertrm，輸入自定名稱（如：COM_SET）“確定”，選“直接連接到串口1”；端口設置：波特率=9600，數(shù)據(jù)位=8，奇偶校驗=無，停止位=2，流控制=無?！按_定”。保存退出。

（2）啟動終端，設置EDPF-COM參數(shù)。在“程序”-＞“附件”-＞“超級終端”中，雙擊COM_SET，進入終端程序。檢查RS232通訊電纜兩端分別與PC機和COM模塊接好。COM模塊上電，終端程序界面顯示輸入口令，并有調(diào)試信息連續(xù)顯示，此時輸入DNA123。回車即顯示通訊配置提示符“#”及“歡迎使用EDPF2000-COM模塊”，先輸入“T=0”取消調(diào)試信息的輸出顯示。

（3）設置COM卡端口通訊參數(shù)。

命令#L=COM1，顯示COM卡端口1全部任務。

命令#D=COM1。刪除COM卡端口1全部任務，使COM卡端口1任務清空。

命令#S=COM19600N810M1000，設置COM卡端口1通訊參數(shù)。

參數(shù)設置命令含義如下：

第0項：需設定的通訊端口號（COM1或COM2）；

第1項：設定通訊口的波特率，碳刷電流監(jiān)測主機通訊規(guī)約波特率為9600；

第2項：表示奇偶校驗，字母O表示奇校驗，E表示偶校驗，N表示無校驗。

碳刷電流監(jiān)測主機通訊規(guī)約無奇偶校驗；

第3項：表示8位數(shù)據(jù)位，不可變；

第4項：表示1位停止位，不可變；

5，6，7項相互關系如下：

第6項：表示將此口設定為MODBUS主站（M），還是從站（S）工作模式：

作從站時，第5項表示此口的從站地址，非硬件設定，可人為設定，第7項無意義。

作主站時，第5項無意義，

第7項表示此口的每項通訊任務執(zhí)行正確后的延時（X2ms），該項設置為2*1000ms。（注：延時低于2S時，碳刷電流監(jiān)測主機無法快速傳輸數(shù)據(jù)，DCS顯示電流測點為壞點）。

（4）填寫任務列表，將任務寫入COM卡。

命令#W=COM10131961500，填寫任務列表。

“=”后面有0~7共8個參數(shù)項，命令格式為：

COM1，TaskID（0-255），SLAVEADDR（1-128），F(xiàn)UNC，SAddr，NRe gs，MemSAddr，TOver

其中，參數(shù)含義如下：

①TASKID：從0開始的連續(xù)任務列表。

②SLAVEADDR：COM模塊要訪問的從站設備地址，一般由硬件設定。

③FUNC：MODBUS命令功能碼。功能碼3：讀取從站的保持寄存器（40001～）數(shù)據(jù)寫至內(nèi)存中。

④SAddr：MODBUS命令中要訪問的外設備的寄存器或線圈的起始地址。對功能碼1：讀從站的起始線圈的位地址。

⑤NRegs：MODBUS命令讀寫寄存器或者線圈的中數(shù)量（個數(shù)）。對功能碼1：線圈的個數(shù)，注意是位數(shù)！

⑥MemSAddr：MODBUS命令的輸入/輸出數(shù)據(jù)對應的內(nèi)存區(qū)起始地址。

⑦Tover：通訊任務執(zhí)行等待超時（單位為2ms）。

（5）編譯COM卡通訊任務。命令#C=COM1，編譯COM1上所有通訊任務。

編譯COM1上所有通訊任務編譯后，指定通訊端口任務才可生效。

（6）列出COM1上所有任務。命令#C=COM1，列出COM1上所有任務，再次檢查全部任務設置是否正確。

3 創(chuàng)新點

（1）加裝碳刷電流傳感器，傳感器分散布置于各個碳刷電流回路上通過線纜與主機（DEC-I型發(fā)電機碳刷電流監(jiān)測裝置）相連，裝置可以對傳感器自動校準，無需用戶校準，電流傳感器可實時采集發(fā)電機勵磁碳刷電流信息。傳感器可隨意互換，沒有與主機接口一一對應限制。傳感器支持熱插拔，維修更換問題碳刷裝置無需斷電，不影響其它碳刷電流監(jiān)測。

（2）采用485通訊接口，進行大量數(shù)據(jù)遠傳，傳輸效率高、成本低。

（3）通過邏輯組態(tài)，結(jié)合MODBUS通訊協(xié)議規(guī)約、配置DCS參數(shù)、進行邏輯組態(tài)、通訊聯(lián)調(diào)，實現(xiàn)集控室內(nèi)遠程監(jiān)測。

（4）設置四級報警門檻，實現(xiàn)多級預警。

（5）打破了DEC-I型發(fā)電機碳刷電流監(jiān)測這一專利產(chǎn)品實現(xiàn)EDPF-NTPLUS系統(tǒng)遠程實時監(jiān)測的技術(shù)瓶頸，形成了成套的設計、應用方案，具有很好的推廣應用價值。

4 應用簡介

總投資15萬元。改造成本低、時間短，5-7天即可完成包括霍爾安裝、控制回路接線、邏輯組態(tài)、通訊調(diào)試等全部工作，在機組調(diào)停、小修期間均可進行。

該成果以發(fā)電機碳刷在線電流監(jiān)測裝置為硬件，以EDPFNTPLUS系統(tǒng)為平臺，加裝霍爾傳感器、敷設電源線、通訊線和報警線。增加COM通訊卡。配置DCS參數(shù)、進行邏輯組態(tài)、系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，實現(xiàn)發(fā)電機勵磁碳刷在公司EDPF-NTPLUS系統(tǒng)中的遠程實時監(jiān)測。成果應用后，碳刷運行維護工作，變被動模式為主動控制碳刷電流相對平衡的模式。從根本上避免過熱碳刷打火及斷辮事故的發(fā)生，保證了機組安全穩(wěn)定運行。

5 結(jié)語

目前，山東石橫熱電有限公司已相繼完成#5、6（自并勵）發(fā)電機勵磁碳刷在EDPF-NTPLUS中的遠程實時監(jiān)測，系統(tǒng)運行穩(wěn)定。該成果打破了DEC-I型發(fā)電機碳刷電流監(jiān)測這一專利產(chǎn)品實現(xiàn)DCS遠程實時監(jiān)測的技術(shù)瓶頸，形成了成套的設計、應用方案?？梢栽谛值軉挝换蛲愋蜋C組中推廣應用，具有很好的推廣應用價值。