UNITROL 5000励磁系统常见问题分析

李西良

（广东粤电靖海发电有限公司，广东揭阳515223）

0 引言

UNITROL 5000是瑞士ABB公司于1998年推出的数字式同步发电机静止励磁系统，为UNITROL系列的第五代励磁系统，由励磁调节柜、功率整流柜、灭磁开关柜、交流封母柜、直流封母柜等组成。UNITROL 5000励磁系统具有响应速度快、调节性能好、可控硅整流桥智能化均流、低残压快速起励等特点，但其在使用过程中也出现了一些问题，比如电源故障、通信失败等，这些故障影响了机组的安全稳定运行。

1 电源故障

1.1 事件经过

某发电厂#2机组检修结束启机并网后励磁系统报出5条告警：（1）“089 Aux.AC fail141”（交流电源故障）；（2）“094 Start-up blkd extern 146”（外部闭锁起励）；

（3）“115 Cooling Alarm 189”（整流桥冷却系统报警）；

（4）“122 Converter 2 162”（整流桥2）；

（5）“145 FAN SHUNT SUPPLY FAILURE 211”（风机机端供电失效）。

同时检查发现：

（1）稳压电源-G05不在工作状态；

（2）风机电源切换继电器动作，供电方式由原来的机端电源供电（K16继电器动作）更改为#2机汽机段3MCC段供电（K15继电器动作）；

（3）机端电源变-T05及机端风机变-T16低压侧均无电压；（4）调节柜内所有空开均在合闸位置；

（5）风机机端电源电压监控继电器显示电压值为0 V；（6）#2整流柜内风机由主风机切换至备用风机，该柜内两组风机电源开关-Q11与-Q12均在合闸位置；

（7）#1、#3、#4、#5整流柜内风机均为主风机工作；

（8）励磁系统工作电源供电方式由原来的机端电源供电切换至#2机直流系统供电。

1.2 原因分析

如图1所示，在正常状态下，励磁系统工作电源及整流柜风机工作电源均由机端供电，取自励磁变低压侧AB相（830 V），经熔断器-F15（额定电流20 A）后，分两路分别接机端电源变-T05（变比830/160）及机端风机变-T16（变比830/230），机端电源变-T05低压侧经-Q05（额定电流10 A）接至电源模块-G05（输出24 V）；机端风机变-T16低压侧经Q21（额定电流10 A）接至#1～#5整流柜，柜内分别经-Q11（额定电流4 A）、-Q12（额定电流4 A）接至Ⅰ、Ⅱ组冷却风机接触器。

图1 励磁系统供电方式示意图

现在机端电源变-T05及机端风机变-T16低压侧均无电压，最大可能性为熔断器-F15熔断，导致机端供电方式失效。第二个可能性为-T05及-T16均有故障，由于两台变压器同时故障的可能性极小，同时目视检查变压器外观并无明显变化，可以基本排除此种可能性。

机端电源供电方式失效后，稳压电源-G05由于失去输入电源无法工作；冷却风机电源切换至#2机汽机段3MCC段供电；励磁系统工作电源切换至#2机直流系统供电。熔断器-F15熔断的原因可能是熔芯本身质量老化或回路短路。由于#2机组运行，励磁系统在工作状态无法进一步进行检查。

1.3 处理过程及结果

（1）测量滤波模块-Z05、电源模块-G05的电源输入回路直阻、对地绝缘电阻均正常。

（2）电源变压器-T05、-T16检查亦正常。

（3）切换继电器-K16检查：线圈直阻、绝缘电阻正常，底座完好，但接点接触电阻过大（十几欧左右，正常为0.15 Ω左右）。处理结果：更换该继电器。

（4）熔断器-F15熔芯检查：熔断器-F15为两极，有一根熔芯熔断。

对机端电源各元器件及其回路检查无异常后，更换熔断器-F15故障熔芯，联系运行对机端电源回路送上熔断器-F15，检测电源变压器-T05、-T16工作正常，然后再送上电源开关-Q05、-Q21，励磁装置报警消失，#2发电机励磁系统恢复正常工作。UN5000励磁系统ARCNET布缆方式为总线型，总线结构与Ethernet细缆方式相类似，设备与总线的联接通过T型联接器，该联接器顶部与电缆相连，底部与网卡相连，电缆两端必须用93Ω的电阻终结，只要有一个节点故障，都会造成内部通信重组。

UN5000励磁系统内部按节点减小的顺序进行节点信号传输，其物理结构图如图2所示。

1.4 防范措施

图2 ARCNET物理结构图

（1）检修严把质量，按照有关规程做相应试验；

（2）定期检查保险、电源模块等易损件并更换；

（3）充分备足备品备件。

2 ARCNET现场总线故障

2.1 事件经过

2015-03-30T23：06，#2机组跳闸，检查发现机组跳闸首出原因为“励磁系统故障跳闸”动作。就地检查励磁系统，一次设备（励磁变和硅整流装置）无明显异常，励磁系统#1整流桥至#5整流桥发出故障报警，同时发出“ARCNET通信节点失灵”报警，励磁系统发出“F43”整流桥故障，励磁系统保护动作，直接退出运行，导致机组保护动作跳闸。

2.2 原因分析

2.2.1 故障信息

励磁系统#1整流桥至#5整流桥发出故障报警，同时发出“ARCNET通信节点失灵”报警，励磁系统发出“F43”整流桥故障，励磁系统保护动作，直接退出运行，机组跳闸。

检查励磁系统参数设定，“整流桥一段报警”设定值为退出1个整流桥，参数“928=1”，“整流桥二段报警”设定值为退出2个整流桥，参数“929=2”。当励磁系统退出3个整流桥时，励磁系统保护动作，发出“F43”整流桥故障信号。励磁系统在23：06：31.6000时，即励磁系统跳闸后0.22 s，励磁系统检测到1#整流桥至#5整流桥故障消失，报警自动恢复。

2.2.2 故障原因分析

（1）分析#2机励磁系统故障信息，认为出现此类情况有两种原因：

1）励磁系统供给#1整流桥至#5整流桥的24 V直流电源出现闪断情况，造成5个整流桥的CIN板卡电源掉电，整流桥闭锁退出运行，励磁系统故障退出；

2）励磁系统ARCNET通信故障，造成励磁系统内部通信重组，励磁系统故障退出。

（2）现场检查及故障分析：

1）针对故障原因1，现场模拟24 V DC电源总线掉电，励磁系统运行在自动运行方式，断掉所有整流桥的24 V DC电源，励磁系统发出#1整流桥至#5整流桥故障，同时发出“ARCNET通信节点失灵”报警，励磁系统发出“F43”故障退出；通过检查#1整流桥至#5整流桥24 V DC电源总线结构，如果是电源故障，则会是#1整流桥至#5整流桥全部退出，和此次故障报警相符，但现场检查发现电源都正常。

2）针对故障原因2进行分析。ARCNET是Data point公司1977年开发成功的一种局域网，使用的通信线包括同轴电缆、双绞线以及光纤，这种网络使用的媒体访问法为令牌总线。

现场故障模拟：分别单独拔出通道1、通道2、LCP面板、终端电阻、UA C096板卡、#1整流桥CIN板、#2整流桥CIN板、#3整流桥CIN板、#4整流桥CIN板、#5整流桥CIN板的同轴电缆接头，检查励磁系统报警：通道1和通道2拔除，励磁系统报“F55”；拔除LCP面板，励磁系统报“147”LCP node fail；拔除UA C096板卡，励磁系统报“A195”ARCNET node fail及整流桥#1至#5报警，与故障信息一致；拔除#5整流桥CIN板时，励磁系统报“A195”ARCNET node fail及整流桥“165”+Converter 5。

通过上述模拟实验，判断为ARCNET通信故障，是由现场总线耦合器（UA C096）引起的。因为该套设备运行快十年了，为保证设备稳定，更换了ARCNET上所有元件，之后机组并网。目前励磁系统稳定运行，未发生任何报警和故障。

2.3 防范措施

根据检查及测试情况，现场处理措施如下：

（1）加强设备巡检，利用停机机会对另一台机组励磁系统ARCNET通信相关板卡、通信线进行更换；

（2）在#2发电机空载状态下对励磁系统进行空载试验，测试结果励磁系统正常；

（3）为彻底杜绝该类故障的发生，将1、2号发电机励磁系统升级为UNITROL 6000，优化数据传输模式，将由同轴电缆实现的总线控制模式升级为通过光纤实现的点对点通信模式，单个通信接点发生故障不会引起整个励磁系统通信故障从而导致跳机。

3 结语

通过对UNITROL 5000励磁系统上述案例发生原因的分析，可以得知UNITROL 5000励磁系统设计精密且结构复杂，这就要求维护工作应严格按标准执行。文中提出的相应优化措施，可使励磁系统更加稳定可靠，从而保证机组安全稳定运行，希望能给大家一点启发。

[1]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，2010.

[2]大型汽轮发电机励磁系统技术条件：DL/T 843—2010[S].