发电机励磁调节器通道故障及在线处理

何欣然

（西安交通大学电气75班，陕西西安 710049）

引言

某能源厂有2 台N15-4.30 型15 MW 凝汽式汽轮发电机组（编号1#、2#），其发电机为QFW-15-2A型，励磁机由一台主励磁机和一台副励磁机组成，其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TFY2.85-3000C 单相永磁发电机，其系统见图1。

图1 15 MW凝汽式汽轮发电机励磁系统示意图

自动电压调节器采用DVR-2000B 微机励磁调节器，工作在主、备用方式。主通道工作，副通道作为热备用跟踪工作通道，并能进行无扰动切换。

1 故障发生

2019 年4 月24 日2#汽轮发电机组在8 h 定修结束后，16：25正常启动，17：05发电机并网，微机励磁调节器B通道（主）运行，A通道（副）跟踪。

机组运行至19：00 左右，DVR-2000B 微机励磁控制柜里的微机励磁调节器A 通道上的“通道故障”红灯亮，发电机后台电脑报“2#发电机保护测控屏-发电机差动保护单元-CHA 故障”。当班人员在检查发电机，确认系统运行正常后，按“RST”复位键，该报警消除。20：00 左右微机励磁调节器A、B通道均报“通道故障”，后台电脑也报“CHA、CHB 故障”无法复位。详见图2。

图2 监控电脑故障信息

2 故障临时处理

当班职工检查发电机、主副励磁机及辅机工作无异常；检查微机励磁调节器各部件及接线，无松动、变色现象；观察励磁调节器表计，检查机端三相电压平均值UG1、定子三相电流平均值IG1、励磁电流IFD、手动PID 的给定参考电流IFR、自动PID 的给定参考电压VGR、触发角ARF 等未发现异常；操作通道选择开关，由自动切换成手动；操作减磁/增磁开关，增减磁功能正常；当班人员经过上述排查，确认发电机励磁系统尚可维持运行，但通道报警无法消除。

为减少该报警音对值班员监控机组的干扰，运行人员将微机励磁调节器A、B 通道菜单中的“保护投退”栏中的“自检故障”由“投入”改为“退出”，A、B通道的“通道故障”红灯灭，DVR 励磁装置两通道退出自检，备用通道A 恢复跟踪备用功能。此时如遇电力系统异常，装置仍可以正常动作起到保护作用。但由于退出自检，装置自身异常无法及时发现，一旦装置自身故障扩大，主副励磁调节器都不能正常工作，将会使发电机有失磁危险。为了查找故障原因，及时消除发电生产安全隐患，仍需对调节器做进一步排查。

3 故障排查

3.1 测量1#机与2#机励磁装置的对地电压，据此参考分析现场主副励磁调节器屏蔽、电源品质、装置绝缘状况

考虑到该励磁装置在线运行，故障排查只能在不影响生产的情况下按先易后难的原则进行。因为1#机与2#机在完全相同的环境下工作，1#机励磁装置工作正常，2#机发生通道故障报警，故障排查最简单的方法是对两机组励磁装置做个对比，找出明显偏差点。遂决定先对1#机与2#机的励磁装置进行一些辅助测量工作，以便对比分析。考虑到绝缘摇表没有万用表好控制，为避免绝缘摇表过电压，会使装置损坏，决定采用万用表电压检测法，测量1#机与2#机励磁装置的对地电压(见表1)，通过对比相同环境下1#机与2#机励磁装置的对地电压数值，据此参考分析现场主副励磁调节器屏蔽、电源品质、装置绝缘状况。

表1 1#机与2#机励磁装置的对地电压

从检测数据看，1#机和2#机励磁装置的对地电压数值没有明显偏差，没能发现2#机励磁调节器故障的可疑原因。

3.2 过去常见故障点排查

该机组自2007 年投产以来，励磁装置运行稳定，只出现过两次因5 V 电源模块输出电压降低CPU工作失常而更换电源模块的情况。

2#机DVR2000B 励磁装置最近一次精度校验是2017 年1 月，当时的精度校验合格，未进行模块更换。经过对副励磁调节器（A）故障信息进一步检查，发现“故障追忆”CAN 通讯故障显示5 V 电压为4.73 V，“测量显示”参数中显示副调节器的5 V、12 V工作电压均正常。

励磁调节装置自检是高频运行，若5V电压有瞬时偏低，而测量显示是有效值，不能反映瞬时异常。

装置设置的电压报警限是±5%，可能存在电源劣化，5 V 电压低于报警限发生故障报警，5 V 电源主要是主机板CPU 与通讯工作电压，4 V 能满足CPU正常运行。

2019 年5 月16 日，再次对2#机励磁系统进行在线检查5 V 工作电压，5 V 电压波形稳定，最高5.4 V、最低4.6 V，排除调节器电源电压紊乱故障。

3.3 对2#机励磁系统信号电缆的屏蔽接地检查

2#机DVR2000B 励磁系统信号使用屏蔽线，一点接地完好。

3.4 副励磁调节器检查

2#机DVR2000B 励磁装置报CAN、CAB 通讯故障，是副励磁调节器（通道A）首发，决定先在线检查副励磁调节器。

检查CAN 通讯信号：CAN 通讯是主副励磁调节器之间通过现场总线CAN-BUS 进行连接，实现数据共享和协调控制。根据CAN 总线差分信号工作原理，当显性（0）时，CAN-H 是高电平，CAN-L 是低电平，两者之差约为2.5 V；当隐性（1）时，CAN-H与CAN-L 电平一致,差值为0 V。通过测量副调节器CAN 通讯波形，发现通讯波形紊乱没显示出此特性，而且高电平有效值0.8 V，CAN-H 与CAN-L 最大差值约为1.6 V，不符合CAN通信工作特性。

对比1#发电机励磁调节器通讯信号检查，1#机CAN通讯的正常波形。

故障排查结论：根据故障报警首发信息及在线检测分析，确认2#机励磁系统CAN通讯异常。

4 故障处理

由于通讯单元集成在励磁调节器主机板（CPU板），为了不影响机组生产运行，决定在线更换副调节器主机板,分以下几个步骤进行。

4.1 在线更换2#机励磁副调节器的主机板及电源卡

(1)将主副调节器联锁解耦。

(2)切断副调节器电源板电源。

(3)更换主机板，恢复接线端子排。

(4)电源板上电检查。更换主机板后，副调节器上电，将装置自检投入后，通道故障未发生报警，对CAN通讯检查，波形与1#机组类似，CAN-H与CANL最大差值约为2.8 V。

（5）对更换主机板的副调节器进行参数设置和调整。

（6）更换电源卡。在精度调整时发现12 V电源电压偏低（11.16 V），于是在参数调整完成后将电源Ι更换，12 V电源显示正常。

4.2 主副通道互切，验证其可切换性

6月13日做在线手动切换试验，切换正常。

4.3 后续跟踪验证

该装置曾于2017年返厂校验，2年的校验周期已满，2019 年9 月24 日机组停机检修时，将调节器下线，进行测控参数精度校验，精度校验合格。

5 在线故障处理注意事项

（1）正确使用工器具，防止副调节器功率单元信号和强电线路短路或接地，造成励磁系统故障扩大，导致机组停机。

（2）检修更换电源板时先确认电源开关处于断开位置，防止调节器发生误上电。

（3）主运行调节器检查前，必须先手动在线切换，退出主运行。切换时主副调节器须满足触发角、UGR、IFR三条件一致。

（4）调节器设置有显示参数精度调整，新老主机板对12 V 电压信号的测量精度调整的偏差会导致出现显示不一致现象。

（5）当励磁系统信号测量偏差过大，会影响装置自动控制精度，导致装置发生误报警，从而影响生产的正常运行。定期进行标准信号校验，可以消除测量误差，从测量信号的漂移量反映出设备劣化程度，从而科学安排备件及检修间隔周期，保证设备处于良好状态。

6 结束语

发电机组微机励磁调节器专业技术含量高，涉及通讯、集成电路和计算机芯片等技术，电厂运行人员一般只会对其进行操作和做简单的故障现象描述，本文提供了一个微机励磁调节器在线故障排查及处理的良好案例，有利于提高电厂运行人员对微机励磁调节器突发故障报警时的异常处置能力。