某台9E燃机发电机启动过程中励磁电压异常原因分析处理

苏州工业园区蓝天燃气热电有限公司 孙沿涛

某台9E燃机发电机启动过程中励磁电压异常原因分析处理

苏州工业园区蓝天燃气热电有限公司 孙沿涛

本文主要讲述了发电机励磁电压异常原因分析及处理，与各位同仁共同学习探讨。

9E燃机发电机；启动；电压异常

引言

苏州工业园区北部燃机热电有限公司建有2×180兆瓦,供热压力1.6兆帕,最大对外供热可达每小时250吨的燃气-蒸汽联合循环机组。燃气轮机是GE公司生产的PG9171E型燃气轮机;锅炉为无锡华光锅炉厂有限公司生产,型号为UG-PG9171E-R《Q1496/546-189(36) -6.0(0.62)/530(254)》型式为双压无补燃、悬吊立式、露天塔式布置、全悬吊结构、自带整体式除氧器、自然循环余热锅炉;汽轮机是南京汽轮电机(集团)有限责任公司生产的60MW双压(带补汽)、单轴、单缸、可调抽汽凝汽式联合循环汽轮机,型号为: LCZ60-5.82/1.37/0.58。

1 9E燃机发电机励磁系统简介

燃机发电机是南京汽轮机(集团)有限责任公司生产的型号为QFR-135-2,额定容量为135MW,额定电压为13.8kV,额定电流6645A,冷却方式为CACW密闭循环空气冷却。

燃机发电机励磁系统由一台主励磁机和一台副励磁机组成,主励磁机采用一台三相交流无刷励磁机,副励磁机采用一台单相永磁发电机。主励磁机是一台三相同步发电机,其磁场静止、电枢旋转,电枢输出的三相交流电经同轴旋转的三相旋转整流装置整流为直流,通入发电机磁场绕组,供给发电机励磁,因它取消了电刷和滑环所以称为无刷励磁机;副励磁机是一台单相同步永磁发电机,磁极在转子上,极身用永磁材料制成,励磁机转子通过法兰和发电机转子连接。主励磁机和副励磁机设计在同一个闭路管道通风壳体内,它的进风、出风全通到励磁机顶端或者底架,然后再通到同步发电机进风口处。

燃机发电机励磁系统采用南瑞NES5100励磁调节器,主要功能是精确快速地调节同步发电机的机端电压和无功功率。NES5100励磁调节器控制周期为3.3毫秒,它不断地将给定值与反馈值进行比较,然后进行调节计算,最终去改变可控硅整流器的触发角度。

2 异常发生过程及现象

2014年10月16日,#1联合循环机组小修工作结束,进行#1联合循环机组并网带负荷试运。9∶00,燃机发启动令。9∶20,燃机全速空载,发电机启励80%额定电压时,发电机电压突降至1.41kV,励磁系统强励动作,励磁电压: 170.8V、励磁电流:17A、发电机定子电流:1.906kA(发电机额定空载励磁电压:20V 、空载励磁电流:1.2A )。

同时发电机现场巡检值班员听见异常声响,看到发电机励磁端有火星溅出,无冒烟现象,无焦味;值班员再次检查燃机励磁机励磁电压:80V,励磁电流: 8A,燃机发电机机端电压:0.09kV,发电机定子电流: 0.016kA,其他参数均正常。检查燃机发电机励磁屏发“综合限制及强励限制报警信号”。

9∶27,联合循环机组停运。对故障励磁录波文件进行分析,初步判断为励磁机故障。立即联系相关设备厂家进行善后处理。

3 异常原因分析

组织人员对#1燃机励磁机进行解体检修,同时联系励磁系统厂家对励磁调节系统进行了检测,经检查发现:

(1)转子接地检测滑环装置受损较严重,正、负极滑环相对面存在损伤凹坑,有放电拉弧的痕迹;

(2)燃机发电机励磁盘12只熔断器全部击穿;

(3)励磁系统厂家技术人员至现场检查励磁控制系统,初步判断励磁控制系统起励过程中机端电压突降,触发强励。

(4)对发电机进行定子绕组绝缘电阻、定子绕组直流电阻、定子绕组泄漏电流试验,数据均正常;发电机定、转子测绝缘正常。

通过上述异常现象进行分析,主要原因如下:

一种原因是起励升压过程中励磁机整流盘部分保险丝因动作特性不良等造成熔断,导致机端电压极速下降,建压失败;起励升压过程中机端电压极速下降,导致励磁控制系统强励动作,强励先后反复动作4次,整流盘熔断器热稳定性迅速下降,导致整流盘共12组熔断器全部损坏。当熔断器全部损坏时,发电机转子回路与励磁机转子回路完全断开,发电机转子回路能量无法释放,相当于在正、负滑环上加了一个高压,致使发电机转子检测回路的正、负滑环放电击穿。

二种原因燃机升速中大轴前窜,起励时,正极刷架相对发电机转子检测回路的正滑环后移,与负滑环间距缩小,在转子高速运转中外部异物或碳粉集聚造成发电机转子检测回路的正、负滑环放电击穿,致使起励升压过程中励磁机整流盘保险丝部分熔断,故障进一步循环放大后造成保险丝全部熔断。随后导致机端电压极速下降,建压失败;并导致励磁控制系统强励先后反复动作4次。

4 异常处理措施及进一步试验方案

重新更换全部整流二极管、熔断器和新型号防止爆闪接地检测滑环10型,并拆除了正极刷架及接线,完成全部复装工作,并投入燃机盘车运行正常。

燃机启动至空载,进行发电机起励建压试验。零起升压过程中,各参数(励磁电压、励磁电流、发电机机端电压、发电机电流、励磁导通角等)与原始曲线数据相比均正常,励磁厂家现场进行录波。经过多次试验,上述试验结果均正常。

机组启动后,检查燃机发电机自动建压正常。

采取的具体措施:

(1)励磁机快速熔断器运行时间尚未满3000小时即故障,对快速熔断器进行检测,明确过流特性。发电机额定励磁电流为890A(2倍强励下电流为1780A);单只快速熔断器在10s下可承受最高电流为1200A(双桥臂运行时为2400A)。双桥臂运行时符合1.2倍额定电流对快熔的选型要求;但当一只快熔熔断,单桥臂运行时,无法满足强励要求,应加强对完善后的快速熔断器报警装置监测,发现有快速熔断器熔断,及时停机更换。(如图1所示)

(2)进一步优化发电机强励动作逻辑:

1)增加启励逆变时间判据:1分钟低于85%额定电压自动逆变,防止在启动过程中多次強励;

2)启励建压过程中增加自动录波功能;

3)启励建压过程中闭锁PT断线判据三。

(3)加强对发电机励磁机旋转二极管及快速熔断器的监测,进一步保障快速熔断器运行的安全性,并完善旋转二极管故障报警装置及其功能,更换旋转二极管故障报警装置卡件。

(4)燃机发电机为无刷励磁形式,该形式决定了灭磁主要依靠转子本身的电阻来自然消耗转子上剩余能量,避免产生突变电压。为防止熔断器全部损坏时,发电机转子回路与励磁机转子回路完全断开,发电机转子回路能量无法释放产生高电压的情况,应加强对快速熔断器熔断的监视。

图1

5 结束语

此次的发电机启动过程中励磁电压异常是个别案例,并不是所有发电机励磁机设备异常而导致的事故,对事故主要原因进行了分析,并对主要问题设备进行处理后,可以避免相类似事故的再次发生。通过此次事故,各级生产管理技术人员更加全面清楚地了解发电机励磁系统及相应设备的工作状态,提高了关注度,对发电机励磁系统及设备有了更深的理解。

［1］南瑞NES5100 励磁调节器使用维护手册.

［2］GE公司运行与维护手,GE资料.

［3］南汽公司发电机使用维护手册,南汽资料.

孙沿涛（1974—），男，江苏盐城人，工程师、注册安全工程师，苏州工业园区蓝天燃气热电有限公司，安全主任，从事燃机电厂安全管理工作。