董俊杰，竇博文，余 濤，李 青，俞家良，陳創(chuàng)佳，李重陽(yáng)

（1.南方電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電有限公司檢修試驗(yàn)分公司，廣東省廣州市 511442；2.深圳蓄能發(fā)電有限公司，廣東省深圳市 518116）

0 引言

作為抽水蓄能機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)的重要組成部分，滅磁開(kāi)關(guān)（又稱磁場(chǎng)斷路器）對(duì)機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要性毋庸置疑[1]。滅磁開(kāi)關(guān)在機(jī)組正常行動(dòng)中，是勵(lì)磁系統(tǒng)功率單元與轉(zhuǎn)子繞組導(dǎo)通和關(guān)斷的唯一通道[2]；其在勵(lì)磁系統(tǒng)滅磁過(guò)程中也起著非常重要的作用，作為一種移能型開(kāi)關(guān)，滅磁開(kāi)關(guān)本身并不消耗能量，而是將磁場(chǎng)能量轉(zhuǎn)移到滅磁電阻中衰耗掉[3,4]。因此，滅磁開(kāi)關(guān)能否在機(jī)組運(yùn)行或故障時(shí)靈敏可靠地動(dòng)作，對(duì)于保證機(jī)組安全和區(qū)域電網(wǎng)穩(wěn)定意義重大。

此外，對(duì)于日調(diào)節(jié)型抽水蓄能電站機(jī)組而言，運(yùn)行工況復(fù)雜多樣[5]，機(jī)組啟停一次滅磁開(kāi)關(guān)合分兩次，且日啟停頻繁，滅磁開(kāi)關(guān)動(dòng)作次數(shù)亦相應(yīng)增加[6,7]，因此，其滅磁開(kāi)關(guān)性能面臨的考驗(yàn)較常規(guī)機(jī)組而言也更加嚴(yán)峻。本文結(jié)合某大型抽水蓄能電站機(jī)組在啟停過(guò)程中，發(fā)生滅磁開(kāi)關(guān)合閘異常導(dǎo)致機(jī)組正常啟停失敗的情況進(jìn)行原因分析和查找，最終提出解決方法并驗(yàn)證其有效性。

1 故障介紹

1.1 勵(lì)磁設(shè)備

某大型抽水蓄能電站發(fā)電電動(dòng)機(jī)型號(hào)為：SFD300-14/6630，主要參數(shù)如表1所示，其勵(lì)磁設(shè)備采用ABB公司UNITROL 6800靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)，由調(diào)節(jié)控制單元、整流單元、滅磁及過(guò)壓保護(hù)回路、交流側(cè)斷路器和勵(lì)磁變壓器等組成。其中，滅磁開(kāi)關(guān)采用瑞士賽雪龍公司型號(hào)為HPB 45M-82S高速單斷口直流斷路器，額定電壓2000V，額定電流4500 A，合閘線圈額定電壓DC 220V，具有快速分閘、恒定弧壓、雙分閘線圈可靠分閘等特點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示[8]。

圖1 HPB 45M-82S開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)Figure 1 The structure of HPB 45M-82S

表1 發(fā)電電動(dòng)機(jī)主要參數(shù)Table 1 Main parameters of generator motor

1.2 故障情況

勵(lì)磁開(kāi)關(guān)合閘異常情況在機(jī)組不同運(yùn)行工況均有發(fā)生，雖頻次不多，但仍給電站生產(chǎn)造成一定影響。因該類故障現(xiàn)象基本一致，以某次機(jī)組泵工況停機(jī)投電制動(dòng)過(guò)程中滅磁開(kāi)關(guān)合閘失敗，引發(fā)勵(lì)磁系統(tǒng)故障，進(jìn)而導(dǎo)致機(jī)組電氣事故停機(jī)為例說(shuō)明。

某日08：01，3號(hào)機(jī)停泵過(guò)程中勵(lì)磁系統(tǒng)故障導(dǎo)致機(jī)組電氣事故停機(jī)。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)在停機(jī)過(guò)程中，電氣制動(dòng)、勵(lì)磁投入后，滅磁開(kāi)關(guān)合閘約150ms后分開(kāi)，觸發(fā)機(jī)組電氣事故停機(jī)。截取事故時(shí)部分監(jiān)控記錄的事件日志情況如表2所示，從表中可以看出滅磁開(kāi)關(guān)在合閘時(shí)，出現(xiàn)了合位信號(hào)抖動(dòng)的情況。

表2 事故時(shí)的事件日志Table 2 The eventlog of the accident

2 故障排查

2.1 回路檢查

事故后，檢查滅磁開(kāi)關(guān)本體及二次合閘控制回路各元器件，開(kāi)關(guān)本體航空插頭內(nèi)的插針及接線均良好，二次回路絕緣正常，各端子亦無(wú)松動(dòng)跡象，各元器件檢查均未發(fā)現(xiàn)明顯異常。對(duì)開(kāi)關(guān)本體合閘線圈電阻進(jìn)行測(cè)量，其阻值為40.8Ω（標(biāo)準(zhǔn)值：39 ± 8%，環(huán)境溫度20℃），滿足要求?；芈芳伴_(kāi)關(guān)本體檢查并未確定故障原因，考慮復(fù)現(xiàn)故障，通過(guò)錄波器錄取故障關(guān)鍵信息加以分析判斷。

2.2 故障錄波

根據(jù)上述故障現(xiàn)象，選擇將接入監(jiān)控的開(kāi)關(guān)本體合位信號(hào)（即常開(kāi)觸點(diǎn)，回路電壓24V DC）及合閘線圈電壓信號(hào)接入錄波儀，如圖2所示。圖中Q02為滅磁開(kāi)關(guān)編號(hào)，其分合閘線圈正向得電合閘，反向得電分閘。通過(guò)程序控制滅磁開(kāi)關(guān)合分閘，并錄取上述信號(hào)波形。通過(guò)多次分合試驗(yàn)，最終復(fù)現(xiàn)一次故障并錄取波形，正常合閘時(shí)的錄波情況如圖3所示，合閘異常錄波情況如圖4所示。

圖2 錄波信號(hào)選取Figure 2 Recording signal selected

圖3 正常合閘錄波Figure 3 Normal closing recorded wave

圖4 異常合閘錄波Figure 4 Abnormal closing recorded wave

從合閘成功波形可以看出，合閘線圈得電持續(xù)時(shí)間184.0ms，合位信號(hào)在線圈得電150.0ms后出現(xiàn)，即在合位信號(hào)出現(xiàn)后34.0ms撤掉合閘線圈電壓，多次合閘成功的波形類似，合閘線圈得電持續(xù)時(shí)間均在180.0 ～ 190.0ms。而合閘失敗的情況，合閘線圈得電持續(xù)時(shí)間167.2ms，合位信號(hào)也在線圈得電149.2ms后出現(xiàn)，即在合位信號(hào)出現(xiàn)后18.0ms撤掉合閘線圈電壓，但撤掉合閘線圈電壓146.0ms后合位信號(hào)消失，開(kāi)關(guān)未合上。此外，從兩次試驗(yàn)錄波還可看出，在合位信號(hào)第一次出現(xiàn)后的約5ms內(nèi)均存在抖動(dòng)情況，與監(jiān)控事件日志基本一致。

綜合查閱的相關(guān)技術(shù)資料和開(kāi)關(guān)動(dòng)作原理分析，滅磁開(kāi)關(guān)在合閘時(shí)的抖動(dòng)，是由于開(kāi)關(guān)在合閘過(guò)程中作用力較大，推桿在推動(dòng)動(dòng)觸頭及輔助觸點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)行程中產(chǎn)生的正常現(xiàn)象，并不影響開(kāi)關(guān)的正常使用。此外，關(guān)于在正常、異常合閘情況下，合閘線圈加壓時(shí)間差異的問(wèn)題，經(jīng)核查勵(lì)磁系統(tǒng)相關(guān)程序后發(fā)現(xiàn)，合閘信號(hào)返回的條件是合位信號(hào)出現(xiàn)，出于保護(hù)線圈，延長(zhǎng)線圈使用壽命之目的，在合位信號(hào)出現(xiàn)后將合閘線圈電壓撤掉；如合位信號(hào)不出現(xiàn)，勵(lì)磁系統(tǒng)將在達(dá)到設(shè)定的時(shí)間保護(hù)定值（1.4s）后，發(fā)令撤掉合閘線圈電壓（圖2中繼電器K10失磁）。

3 原因分析

根據(jù)上述故障錄波情況分析，不排除如下可能的情況：在滅磁開(kāi)關(guān)合閘過(guò)程的最后一段行程時(shí)，開(kāi)關(guān)雖未合閘到位，但合位信號(hào)已經(jīng)出現(xiàn)，勵(lì)磁程序在收到合位信號(hào)后撤掉合閘線圈電壓，動(dòng)觸頭在最后一段行程時(shí)因合閘線圈失電而失去動(dòng)力，導(dǎo)致合閘失敗。

據(jù)此，查閱滅磁開(kāi)關(guān)手冊(cè)，其合閘特性曲線（環(huán)境溫度25℃）如圖5所示[8]，圖中A為合閘線圈電流，B為主觸頭，C為常開(kāi)輔助觸點(diǎn)，D為常閉輔助觸點(diǎn)。從合閘特性曲線圖可明顯看出，在開(kāi)關(guān)合閘過(guò)程中，其常開(kāi)輔助觸點(diǎn)先于主觸頭合上（ta

圖5 合閘特性曲線Figure 5 Closing characteristic curve

綜合上述分析及多次合閘試驗(yàn)結(jié)果，基本可得出如下結(jié)論：本次滅磁開(kāi)關(guān)合閘異常，主要是由于合閘線圈帶電時(shí)間過(guò)短，存在一定概率會(huì)出現(xiàn)，在主觸頭尚未達(dá)到合閘穩(wěn)定狀態(tài)而合位信號(hào)已出現(xiàn)的情況下，勵(lì)磁系統(tǒng)收到合位信號(hào)后跳開(kāi)合閘線圈，主觸頭在即將接近合閘穩(wěn)態(tài)時(shí)因合閘線圈失電而失去合閘動(dòng)力返回，致使合閘失敗。

4 處理措施及驗(yàn)證

4.1 處理措施

根據(jù)滅磁開(kāi)關(guān)手冊(cè)建議，合閘脈沖持續(xù)時(shí)間宜設(shè)置在0.5～1s[8]；而勵(lì)磁程序通過(guò)合位信號(hào)來(lái)關(guān)閉合閘脈沖的邏輯，使得合閘線圈帶電時(shí)間最長(zhǎng)也不足0.2s，這與滅磁開(kāi)關(guān)廠家的要求不符。經(jīng)反復(fù)研究并征得設(shè)備廠家許可后，最終提出通過(guò)增加勵(lì)磁程序延時(shí)予以解決——在合閘過(guò)程中，勵(lì)磁系統(tǒng)在收到滅磁開(kāi)關(guān)合位信號(hào)后延遲400ms再撤去合閘脈沖，即將合閘脈沖寬度在原邏輯基礎(chǔ)上增加400ms。

4.2 驗(yàn)證

在對(duì)一臺(tái)機(jī)組的勵(lì)磁系統(tǒng)相關(guān)程序修改后，進(jìn)行了150余次的合閘試驗(yàn)，均未出現(xiàn)合閘失敗的情況，每次的錄波結(jié)果差異不大，如圖6所示。合閘線圈在帶電152ms時(shí)，勵(lì)磁系統(tǒng)在收到合位信號(hào)，然后延時(shí)408ms撤掉合閘線圈電壓，合閘線圈在整個(gè)合閘過(guò)程中帶電約560ms，滿足滅磁開(kāi)關(guān)使用要求。

圖6 程序修改后正常合閘錄波Figure 6 Normal closing recorded wave after program modified

經(jīng)上述處理后的機(jī)組在隨后的一段時(shí)間運(yùn)行效果理想，合閘異?，F(xiàn)象再未出現(xiàn)，鑒于此，對(duì)剩下的三臺(tái)機(jī)組做了同樣處理。全廠四臺(tái)機(jī)組的勵(lì)磁程序修改至今，已累計(jì)啟停兩千余臺(tái)次，四臺(tái)滅磁開(kāi)關(guān)累計(jì)動(dòng)作近五千臺(tái)次，但同類型的合閘失敗情況未再?gòu)?fù)發(fā)。

試驗(yàn)及實(shí)踐均證明，增加合閘脈沖寬度的解決方法是行之有效的，既保證了滅磁開(kāi)關(guān)合閘的可靠性，又在一定程度上避免了合閘線圈帶電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)影響使用壽命的問(wèn)題，同時(shí)也提高了電站機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性。

5 結(jié)束語(yǔ)

文章針對(duì)一起滅磁開(kāi)關(guān)合閘異?，F(xiàn)象，從多個(gè)角度入手排查故障原因，最終找到問(wèn)題的癥結(jié)所在，提出有針對(duì)性的解決辦法，并經(jīng)試驗(yàn)和實(shí)踐證明是切實(shí)可行的。本文從側(cè)面反映出主設(shè)備廠家對(duì)所引入的設(shè)備了解不深，對(duì)設(shè)備特性把握不足，易導(dǎo)致設(shè)備間協(xié)同工作時(shí)出現(xiàn)不暢的現(xiàn)象；此外，對(duì)于使用賽雪龍公司該類型開(kāi)關(guān)的用戶而言，本文經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)亦具有一定的借鑒和參考意義。