一起600 MW机组励磁系统灭磁开关故障分析

樊 强，李向杰，沙忠林，韩维峰

(大唐阳城发电有限责任公司，山西 晋城 048000)

1 概述

某电厂1号机组于2007年9月建成投产，发电机为哈尔滨电机厂制造的QFSN-600-2YHG型三相同步发电机，额定功率为600 MW，额定电压为20 kV，额定电流为19 245 A；其GE EX2100型全静态励磁装置采用冗余控制多桥配置，额定输出电压481.7 V DC，额定输出电流4 541 A。

在近期的一次机组启动过程中，发生了因励磁系统灭磁开关故障导致励磁系统起励失败事件，并最终延误了机组启动。

2 故障现象

2011-09-17，1号机组结束检修进行机组启动。

18:05，汽机定速3 000 r/min后准备并网。

18:07 ，DCS励磁起励命令发出后，发电机无法起励建压，主控室无任何报警信号，就地检查励磁面板也无报警跳闸信号。

后经过试验确定，DCS起励命令已送至励磁接线端子板ECTB相应端子。

3 检查处理

(1)经过对故障现象的分析，现场维护人员首先对调节器进行停电复位，但问题未解决；接着更换励磁接线端子板。因励磁系统配有3个控制器，为冗余配置，在控制器没有报警信号的情况下，初步判断是励磁接线端子板故障，但在更换励磁接线端子板后，故障仍未消除。随后又通过励磁系统操作软件进行试起励，起励仍不成功，此时调节器发出了报警信号。虽然灭磁开关在起励之前已经合闸，但此时画面显示灭磁开关在分闸状态。经就地检查灭磁开关在合闸位置，于是采取机械方式将灭磁开关断开。

(2)为进一步验证灭磁开关的合分闸性能，维护人员利用灭磁开关专用的机械操作手柄进行合闸，发现灭磁开关合后不能机械自保持。解体灭磁开关，发现跳闸线圈有过热现象，且跳闸线圈内部铁芯电磁机械机构卡涩，在内部弹簧压力下不能自由活动，造成开关在合闸位置无法机械保持。在对卡涩部分进行处理后，灭磁开关能够进行机械合分，且动作正常。

(3)确定开关机械故障消除后，对灭磁开关进行电气合分闸操作仍不成功。进一步解体灭磁开关辅助机构接线箱发现,该灭磁开关的直流电源模块故障，无24 V电压输出。从外部引入24 V直流电源接至电源输入端子，灭磁开关能够合闸，但无法分闸。据此判断，该灭磁开关的电源模块、跳闸线圈均已经烧坏，无法继续使用。

测量跳闸线圈直阻为0.5 Ω，而新的跳闸线圈直阻为6.0 Ω。鉴于灭磁开关故障点较多，且灭磁开关弧触头有灼伤现象，现场维修耗时较长，经过研究，决定更换一台新的灭磁开关。更换后，灭磁开关各项操作正常，励磁系统投运正常，机组顺利启动。

4 灭磁开关未断开对灭磁的影响分析

根据现场情况可以判断，灭磁开关在机组非计划停运时便已经发生故障，未能断开。为说明这是否影响到了发电机的灭磁，做了以下分析。

EX2100励磁系统灭磁方式有2种：正常灭磁和事故灭磁。

正常灭磁的过程是DCS/键盘/软件发出跳闸指令后，逆变灭磁5 s，然后同时闭锁SCR脉冲、导通线性灭磁电阻、断开灭磁开关。

事故状态下，控制器发出闭锁脉冲命令，然后发送跳闸信号给灭磁开关，同时发送给灭磁模块的触发回路。灭磁模块将线性电阻接入灭磁，再经20 ms灭磁开关动作。

灭磁开关的辅助触点和调节器的指令均可导通灭磁电阻。虽然在停机过程中灭磁开关因故未能断开，但控制器在发出闭锁脉冲命令后，已然发送指令给灭磁模块将线性电阻接入灭磁，且从时序上来讲，该指令是先于灭磁开关辅助接点的。

图1和图2示出了1号机组2次非计划停运时发电机各参数变化曲线。其中，图1示出本次检修前非计划停运时灭磁开关未断开情况下的发电机各参数曲线；图2示出另一次非计划停运时灭磁开关按时序断开情况下的发电机各参数曲线。

对比图1和图2可以看出，在1号机组2次非计划停运(灭磁方式为事故停机方式)时，各参数变化趋势基本上是一致的，在灭磁开关未断开的情况下，发电机灭磁并未受到明显影响。但若是发电机或主变等设备发生故障时，跳闸指令下达后灭磁开关不跳，将会降低灭磁的可靠性。同时，灭磁开关不跳，发电机转子回路的能量不能很快消耗掉，灭磁的时间会有所延长，发电机向故障点提供短路电流的时间也将会延长，由此加重故障的破坏程度。因此，对于灭磁开关未按指令断开这一故障，必须认真对待，采取有效措施杜绝其再次发生。

5 原因分析

(1)将故障的灭磁开关解体检查后发现，跳闸线圈受热变形，铁芯卡涩，直流模块无输出。根据事故现象，经分析认为，此次故障是由于灭磁开关跳闸线圈多次动作后逐渐变形，导致铁芯吸力不足并卡涩，造成灭磁开关未跳开，致使跳闸线圈一直带电，线圈过热短路，进而导致直流24 V电源模块过流烧损。这是本次事件的直接原因。

图1 灭磁开关未断开时发电机灭磁参数曲线

图2 灭磁开关按时序断开时发电机灭磁参数曲线

(2)灭磁开关的合跳闸指令来自同一中间继电器，当励磁系统起励时，该中间继电器吸合，其常开接点闭合，导通灭磁开关合闸回路，使灭磁开关合闸，在励磁调节器发出跳灭磁开关指令前，该继电器要一直保持吸合状态；当励磁系统灭磁时，该中间继电器释放，其常开接点打开，常闭接点闭合，导通灭磁开关的跳闸回路，使灭磁开关跳闸。图3为灭磁开关的跳闸回路。在本次事件中，由于灭磁开关未能跳开导致跳闸线圈一直带电，又由于画面未正确显示灭磁开关状态，使得灭磁开关的异常没有被及时发现处理，最终造成跳闸线圈和开关内部直流电源模件损坏。这是本次事件的间接原因。

图3 灭磁开关跳闸回路

(3)励磁装置程序控制存在问题。通过对故障现象和故障处理过程的分析发现，励磁装置在程序上也存在着一定的问题。

① 在灭磁开关合闸状态下起励过程失败属正常现象。在远方起励失败后，励磁系统应发出相应的报警信号，但实际情况是励磁系统在起励失败后未发出任何报警信号，同时也无任何故障记录，说明在励磁系统控制程序上同样存在问题。

② 集控运行画面所显示灭磁开关的合、分闸信号并不是直接取自灭磁开关辅助接点，而是取自灭磁开关辅助接点扩展继电器的常开接点，该继电器又是受励磁接线端子板上中间继电器2GP控制(见图4)的，只有当“Running”信号产生时2GP才带电，而“Running”为励磁系统运行信号。这就造成了停机后虽然灭磁开关在合闸状态但运行画面却显示为分闸状态。

图4 目前灭磁开关状态接点传递示意

6 防范措施

(1)更改画面分合闸指示信号所取的接点，使画面所用的灭磁开关状态接点直接取自灭磁开关。由于现有灭磁开关的状态接点已全部用完，需采购新的辅助接点来增加灭磁开关状态接点数量，并留有备用。

(2)针对励磁装置程序的缺陷，积极联系励磁系统设备生产厂家，分析问题存在的原因，并及时采取相应的处理方案及措施。

(3)按照目前的设计，当励磁系统运行时，灭磁开关的合跳闸继电器需要一直保持吸合状态，若出现该继电器意外失去控制直流或线圈断线，势必会造成灭磁开关误跳，这将直接导致机组的非计划停运。较为可靠的做法应该是安装2个中间继电器，分别作为合闸继电器和跳闸继电器，当调节器发出合闸或跳闸指令时，由相应的继电器吸合，沟通灭磁开关的合闸回路或跳闸回路，继电器在经过预先设定好的延时后释放。对于这一方案应尽快和设备生产厂家联系，确定其在技术上的可行性，及早消除设备隐患。

(4)积极与设备生产厂家沟通，利用设备生产厂家及专业院校等组织励磁系统培训的机会，了解目前国内励磁系统运行状况及存在的问题。加强与有同类型机组的电厂的技术交流，做好技术信息互通工作，以便及时解决设备存在的问题，避免其他电厂发生过的故障在本厂再次发生。

(5)盘点发电机励磁系统及其它重要设备的易损件和重要部件，制定备件采购计划。检查已有备件并定期试验，确保备件良好可用。

(6)跳闸线圈的变形卡涩是一个渐变的过程，并非是一朝一夕形成的，由于工作的疏忽未能及时发现跳闸线圈的劣化趋势，促成了量变到质变，最终造成设备损坏并延误机组启动。有鉴于此，应举一反三，对现场设备重新进行梳理，补充和完善检修工艺及检修质量标准，严把检修质量关，杜绝设备带病运行。同时，设备专职及管理人员也应加强理论学习，提高对设备的风险辨识及管控能力。

7 结束语

励磁系统对于机组的重要性不言而喻，此次事件的发生说明平时的工作存在漏洞，应认真吸取教训，从设备管理的各个环节查找不足，切实提高设备的健康水平；同时也应避免闭门造车，多与同类型机组的技术人员沟通，吸取他人的经验和教训，提高自己的技术水平，杜绝同类故障的发生。