Unitrol 5000励磁系统几种常见故障分析和处理

任晓骏，梁雪华，冷 军

（浙能长兴发电有限公司，浙江 长兴 313100）

浙能长兴发电有限公司（4×300 MW机组）配备4套ABB公司生产的Unitrol 5000系列静态（自并励）励磁系统，由励磁变、励磁调节器、可控硅整流器单元、起励单元、灭磁单元等组成。其中励磁调节器采取双通道的结构，通道主要由主控板（COB）和测量单元板（MUB）构成，每个通道含有励磁电流调节、发电机机端电压调节、励磁系统监测、保护功能，形成一个独立的处理系统。

Unitrol 5000励磁系统具有响应速度快，调节精度高，保护功能完善，结构紧凑，抗干扰能力强等特点。然而在使用过程也曾出现过一些问题，如电源模块、冷却系统等故障，若处理不当则会影响励磁系统的正常运行。

1 电源模块故障

1.1 励磁系统电源配置

Unitrol 5000励磁系统DC24V控制电源取自于2个全冗余电源模块：由直流源供电的DC/DC直流电源模块G15；由励磁变压器的副边供电的AC/DC交流电源模块G05。

这2个电源模块并联输至出DC24V电源端子，每路均具有回路监视功能。主要励磁控制单元，如主控板、测量板等，均直接从DC24V端子上取电。而包括输入输出信号回路在内的其他需要使用DC24V电源的单元，则经具有短路保护功能的小型熔断器后供电，从而保证该单元出现故障后不对励磁系统的总体运行产生影响。

1.2 故障分析

某日3号机励磁调节器直流、交流辅助电源模块G05与G15分别告警，在线更换电源模块时，因电源短路引起励磁调节器失电，进而引发机组跳闸。

1.3 改进建议

据运行经验，电源模块的故障概率会高于其他卡件，因此在线更换电源模块无法避免。为降低在线更换电源模块风险，可在两路电源输出回路分别增加空气开关Q05′与Q15′。当电源模块故障时，关注电源模块的故障指示灯并测量输出电流以确认故障电源，然后通过空气开关将故障电源完全隔离后再进行更换，新安装的空气开关辅助接点可接入原空气开关监视报警回路，修改后接线见图1。

图1 直流输出回路串入空气开关

2 冷却系统故障

2.1 冷却系统配置

冷却系统采用交流电动机驱动的离心风机为可控硅散热器提供强迫风冷。离心式风机安装在风机盒内，便于拆装。为确保整流柜可靠运行，一般选用双机冗余的强迫风冷方式。正常运行方式为主风机M1与M2运行，当主风机出现故障时，出风口挡板会自动掉下，接通挡板位置开关接点S1与S2，将风机运行状态反馈给控制器去启动备用风机M3与M4。

2.2 冷却系统常见故障

因运行环境较差，冷却系统在运行中曾多次发生故障，较典型故障有：滤网堵塞、电源切换继电器接点接触不良、风扇电机烧毁、风机出力不足、出风口挡板转轴卡涩等。这些故障轻则造成起励失败、整流柜退出运行，重则导致机组跳闸停机。所以，必须加强励磁冷却系统的日常维护及试验，以便及早发现设备隐患，降低事故发生概率。

2.3 冷却系统的日常维护

由于冷却风扇口空气对流强烈，整流柜进风口处往往积灰严重，因此需加强清扫，同时根据小室清洁程度，定期对滤网检查清扫。在日常巡检中，应注意风扇的异常噪音。由于无法对轴承进行润滑，可待停机检修时对噪音变大的风机进行更换。3号机励磁调节器2号整流柜曾出现风机出力不足、起励时需拆除滤网后主风扇才能正常启动的情况，而在打开柜门后风扇启动又正常，无法确认故障风扇，此时可用一小挡板遮住某一风扇进风口，模拟带滤网运行，从而确认故障风扇。

如运行中出现风机故障需在线更换，应在负荷较低时进行，以降低正常工作的整流柜负载。更换时可直接将风机盒上插头拔除，故障风扇所在整流柜会自动退出运行，将风机盒抽出整流柜后可对故障风机进行更换。

2.4 冷却系统风机试验

（1）合上励磁冷却系统备用电源空气开关。

（2）通过查找软件图模块SP-151，确认风扇辅助电源投入参数（通常是817），将该参数置1，合上风扇备用电源切换继电器K16。

（3）将整流桥风机测试选择参数521设为9（9表示测试所有整流桥的主风机），如果选择1则代表测试整流桥1的风机，2代表测试整流桥2的风机，以此类推。

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（4）将风机测试参数5511设为12502，启动所有整流桥主风机。

（5）打开整流柜的门，分别关掉主风机的电源，此时风机应自动切换到备用风机运行。

（6）送上主风机电源，就地复归，备用风机应停运，主风机自动启动。

（7）恢复修改过的各参数，断开控制电源重新上电。

3 励磁变温度保护故障

3.1 故障分析

某日3号发变组跳闸，经检查3号励磁变T154智能温控器显示A相绕组超温跳闸。经再次确认，励磁变绕组测温元件正常，系T154智能温控器故障直接出口通过发变组保护使3号发变组全停。

3号励磁变由变压器柜上的的智能温控器T154实现温度保护，当绕组温度升高到150℃时T154温控器跳闸接点闭合，通过发变组保护出口全停3号发变组。事故后经测试，该智能温控器上温度测量值经常会自行上升，而此时励磁变温度正常，感温元件PT100阻值也正常。因此，智能温控器T154本身的故障是造成此次事故的直接原因。

3.2 改进建议

励磁变温度保护通常采用以下2种方式：

（1）通过励磁调节器内部逻辑判断励磁变是否超温。励磁变通过Pt-100铂热电阻将温度模拟量输送到励磁变监视模块，当有一相温度超过报警值1022或跳闸定值1023时，励磁变将发报警信号或跳闸信号，当某一相温度温升率大于100℃/s时，将发出模拟量故障报警，同时闭锁温度保护出口。

励磁变监视模块中温度保护闭锁条件单一，只有温升率闭锁，而且温升率设定值灵敏度较低，故障时温度变化缓慢则无法闭锁出口，该温升率定值为软件内固定值，无法修改。由此可见，励磁变温度保护逻辑较为简单，故障时容易造成保护误动出口跳闸。

（2）在励磁变本体上装有温控器，温控器直接出口启动发变组非电量保护。从故障分析可以看出，温控器的可靠性较差，而且没有任何闭锁手段，也易造成保护误动出口。

可见，上述2种保护方式均存在一定隐患。因励磁变本体还有1组备用感温电阻，可将2组感温电阻均引入分散控制系统（DCS），由DCS实现励磁变温度保护：当励磁变绕组任一相2个温度点均超过150℃时，DCS发出跳闸信号通过发变组保护出口跳闸。考虑到测温回路异常的闭锁，励磁变温度可设温升率保护（参数设置为10℃/s）和坏点保护，当温升过快或为坏值时温度保护不动作。

4 日常运行维护需注意2个问题

（1）励磁系统采用现场总线控制模式，各通道之间、调节器与功率柜之间均通过现场总线进行联系，因此现场总线插件的松动会严重影响励磁系统的正常工作。处理方法是：可在励磁调节系统静态试验时轻敲插件拉手，一旦插件松动，必然会引起输出上下波动。如果是元件虚焊引起的松动，需加焊牢固。而针对插件插座引起的松动情况，可在插件的铜箔上涂一层薄锡，这样既可防止铜箔氧化，又增加了插件与插座接触的紧密程度。

（2）发电厂灭磁开关烧毁事故时有发生，因此在励磁系统定检时应重视灭磁开关的检修维护工作，内容应包括：开关灭弧室清扫；开关触头检查；操作机构检查、加油；母线接头检查；各线圈直流电阻、动作电压以及开关绝缘电阻等的测试。另外，由于灭磁开关储能机构传动齿轮为塑料件，长时间使用后容易老化断裂，使开关无法正常储能。据了解，ABB所有低压开关储能机构为通用配件，建议增加储能机构备品，故障时可直接进行更换。

5 结语

励磁系统对发电机甚至电力系统的安全稳定运行有很大的影响。Unitrol 5000励磁系统总体运行稳定，其核心部件如调节器、整流元件等具有较高的可靠性，但在辅助设备的选用及内部保护逻辑的判断上还存在着一些问题，对机组的安全运行产生了一定的影响。针对系统一些易发生故障进行了分析研究，并提出了改进意见，将提高励磁系统运行的可靠性。

[1]竺士章.发电机励磁系统试验[M].北京：中国电力出版社，2005.