600 MW机组励磁系统故障分析及处理措施

唐建惠 ，栗河川 ，周 文，刘翔宇

(1.河北省电力研究院，石家庄 050021;2.河北西柏坡发电有限责任公司，石家庄 050400；3.河北国华沧东发电有限责任公司，河北 沧州 061113)

某电厂一期工程2台600 MW机组采用自并励静止励磁系统，调节器采用UNITROL5000型数字式自动励磁调节器。自2006年投产至2009年，1号机组励磁系统共出现4次故障，影响了起励操作和励磁系统正常运行。这些故障，有由元件故障引起的，也有由软件异常造成的。通过对励磁系统出现的问题进行分析和处理，故障已被消除，系统运行稳定。

1 转子过电压

1号机组在进行的C级检修结束后发电机空载试验时，准备用励磁调节器第1套手动方式就地升压，当合上灭磁开关，点击起励按钮后，灭磁开关跳开，励磁装置发转子过电压告警，报警代号35“Field overvoltage”。

通道刚起励时的故障波形见图1，对转子回路进行检查发现整流桥输入和输出回路中的磁场开关正常，转子回路的接线和转子绕组的绝缘电阻正常。随后，使用第2套励磁调节器手动方式就地升压，设备正常。配合发电机升、降压功能正常。核对第1套、第2套的参数设置，2套装置的参数均正确。2套调节器之间可以进行正常切换，在2套调节器下分别做手动-自动切换和自动方式下5%阶跃，功能正常。因为2个通道共用1个跨接器回路，而通道2可以正常进行起励操作，因此判断不是跨接器(crowbar)回路故障。

图1 通道刚起励时的故障波形

在停机状态下，更换COB板(主控板)，并下载ROM参数，在通道1进行起励操作时，系统仍然发出“Field overvoltage”信号。此时，修改参数925(跨接器触发电流)为300 A；再次起励，发现通道1的10929参数(跨接器实际电流)为219 A，而正常通道2则为21 A,在正常运行中，2个通道的10929参数均为19 A。更换了通道1的COB板和FIO(快速输入输出单元)，故障未消除。检查并更换板卡间的连线，再进行试验，故障依旧存在。该型号的调节器提供了紧急功能即EGC板(扩展门极控制板)功能，在2个主通道发生异常时，由EGC板为整流器提供触发脉冲。该EGC板曾发生过故障，因此检修人员在软件上关闭了EGC的输出信号，检查完毕后又关闭了EGC的电源，故障排除。

2 整流柜退出运行

2009年8月21日07：06：00，1号机组励磁系统4号整流柜退出运行，同时整流桥显示器CDP退出运行。设备运行情况和4号整流柜退出情况如下。

故障前运行通道为CH2(通道2)，故障时4号整流柜退出运行，LCP报文如下：

converter fail level1(整流桥失灵1段)

converter blocked(整流桥被闭锁)

ARCnet node fail(ARCnet节点失效)

converter 4(整流桥4)

standy alarm(备用通道报警)

4号整流柜退出运行初期仍然为通道2运行，07：50：00，励磁系统自动转为通道1运行，同时，就地面板LCP报文增加common STBY fault(备用通道综合故障)。

整流柜退出运行，检查熔断器和冷却系统均无异常，因此判断故障原因为脉冲丢失。造成脉冲丢失的原因是该整流柜对应的CIN板(整流桥接口板)故障或ARCnet在该整流桥CIN板的接口故障导致通信失败。更换该整流桥的CIN板后，故障消除。

3 励磁电压突变

励磁系统运行中开始发生励磁电压突变，1号机组在1 h内的故障波形见图2。

图2 1号机组1 h内故障波形(DCS记录)

实测励磁电压，未发生突变时240 V左右，最高突变至310 V，最低突变至170 V。1 min变化6～7次。由于通道2励磁电流瞬时从70%Ifn(额定励磁电流)降至0%Ifn，持续时间达0.4 s，励磁电压发生突变时4 s内的波形见图3。

图3 励磁电压发生突变时4 s内的波形

励磁发出“励磁机故障”报警，进而进行通道切换，从通道2切换至通道1。2009年8月29日23：00：00励磁电压突变现象明显减弱，但每天仍可捕捉到5次左右的小幅突变。励磁电压突变时的波形见图4。

图4 励磁电压突变时的波形

从图4可以看出，控制电压的反应滞后于励磁电流的变化，并且相位相反，这说明AVR的调节是正常和准确的。根据波形分析，应重点检查脉冲回路。针对励磁电压突变问题，对励磁调节器的脉冲进行详细检查。在机组正常运行且励磁电压突变较为明显时，用示波器测量励磁电压，正常运行时每周期内为6个波头[1]，在励磁电压突变较为明显时，捕捉到几次异常波形，每周期为5个波头，异常整流波形示意见图5。

图5 异常整流波形示意

由图5可知，脉冲信号受到了干扰，发生了脉冲丢失的现象。结合转子过电压告警的故障处理过程，可以判断该故障原因为EGC板的输出信号干扰了正常的脉冲信号，在关闭EGC板的电源后，脉冲回路恢复正常，励磁电压和电流稳定，励磁调节正常。

4 励磁瞬时过流

励磁系统自检中，频繁出现“E02”(励磁瞬时过流)故障。励磁瞬时过流是一个非常快速的短路保护功能，对内部短路、整流桥输出短路和同步电机中(三相或单相短路)的暂态过程进行保护。当励磁电流高于设定值，且延时超过设定值时动作。发生这类故障时，应该检查整流柜是否有负荷波动，在没有发现整流柜故障的情况下，再检查PSI板(主回路信号接口板)上的取压信号及PSI板与COB板(主控板)的信号连接。

故障发生在调节器通电自检过程中，检查各整流桥的熔断器，没有发现异常；检查磁场回路[2]，没有发现短路现象。检查PSI板的取压信号以及PSI板与COB板的连接，结果取压信号正常，但是PSI板与COB板的连接不稳定，判断是COB板的原因，更换COB板，调节器重新通电，故障排除。

5 结论及建议

以上故障主要是由板件故障引起的，由于EGC板件故障引起的多次调节异常在该厂是第1次发生，在以往的运行维护中，该厂也发生过板件损坏现象，尤其是COB板，更换的次数较多。通过与其他采用相同调节器的电厂进行沟通，发现也存在COB板易损坏的现象。 针对该类故障，为运行人员提出以下建议。

a. 各板件包括COB板件都是集成板件，现场无法修理，因此对于频发板件故障，在备品备件的管理中，要保持易损板件有足够的备品。

b. 数字式励磁调节器的板件，都是静电敏感型元

件，造成板件异常或损害的主要原因一般是电磁干扰，为减少干扰的发生，应对运行环境进行电磁屏蔽。

c. 运行环境中的灰尘也是造成板件损害的原因之一，干燥的环境使粉尘带有静电，危害电子元件的运行，因此，保持环境卫生，保证合适的温度和相对湿度都有利于保护电子设备的安全。

d. 在检修维护中，工作人员应采取措施消除人体静电对装置的不利影响，最简便可行的方法是使用静电护环和手套。

参考文献：

[1] 竺士章.发电机励磁系统试验 [M].北京：中国电力出版社，2005.

[2] 孟凡超，吴 龙.发电机励磁技术问答及事故分析[M].北京：中国电力出版社，2008.