一起ABB UNITROL-6800型励磁系统故障引起的机组跳闸事故分析与处理

闻瑞士

(国能铜陵发电有限公司，安徽 铜陵 244153)

世界五百强企业ABB 电气公司的励磁调节器产品以其运行可靠、性能稳定等优点，被国内外很多发电厂不同类型机组广泛采用。但由于ABB励磁调节器是进口的高精尖设备，结构紧密、技术复杂，发电厂专业技术人员难以掌握其所有的运维技术，其故障后分析及处理对于电厂技术人员难度较大。针对励磁系统故障问题，业界学者与技术人员做了许多研究与分析工作。例如：娄玲娇[1]等研究了励磁变压器保护配置缺乏可依据的规程，导致出现配置方案无法对发电机静止励磁系统整流主回路故障进行快速保护的问题，并提出一种快速保护方案；张天聪[2]针对一起ABB UNITROL-5000型系统部件故障在更换误操作联跳发电机案例，制定出了一种励磁系统故障在线作业评估及处理方式；陈志峰[3]等针对双电源切换故障导致励磁功率柜冷却风扇失电，励磁系统故障触发机组联跳的案例，提出一种解决励磁冷却风扇失电的方案；李灿[4]搭建了基于神经网络的智能诊断和故障预测模型，实现了对励磁系统故障的有效预测。本文针对T电厂1号机组在技术改造后升级换型的全新投运的ABB UNITROL-6800型励磁系统设备元器件故障造成的发电机组跳闸为案例，就故障过程、现场调查结果、故障原因进行分析与处理，解决故障并提出运维建议。

1 设备情况

T电厂1号发电机组产自上海汽轮发电机有限公司，发电机的冷却方式为水-氢-氢，发电机的励磁型式为发电机出口接带励磁变的全静态励磁系统，发电机型号：QSFN-630-2。该电厂1号机组原励磁系统为ABB UNITROL-5000型系统，该励磁装置自投产后已运行12年，控制系统卡件等设备老化严重，运行风险增大。因此，在1号机组A级检修期间同步将1号机组励磁系统升级改造为ABB UNITROL-6800型系统，型号为A6S-0/U251-S6000，励磁型式为自并励，出口接带励磁变的全静态励磁系统。该励磁调节器参数如表1所示。

表1 数字式励磁电压调节器铭牌参数

UNITROL-6800型是UNITROL系列的第六代产品，它用于同步发电机静态励磁系统电压调节。这一新产品集成了前几代的技术知识，利用了所有设备工具和目前先进的数字技术。T电厂1号机组励磁调节器(硬件结构如图1所示)包含2个完全相同并且相互独立的控制通道，设备启动时默认通道1为主通道，通道2为备用通道。正常运行时，通道1进行采样、程序处理和指令发送，通道2同样进行采样、程序处理并保持跟踪通道1的输出，以实现故障时无扰动切换。每个控制通道包含1块主控板(AC 800PEC)和1块采样板(CCM)，主控板通过光纤连接至采样板、各开入开出板及整流桥接口板，负责收集信息、数据处理及指令发送。采样板(CCM)的功能主要有发电机电压、电流采样以及重要信号的开入、开出(投励、退励、增磁、减磁、跳闸、并网)[5]。

图1 励磁系统硬件布局

2 事故过程

某日零时26分，1号机组负荷583 MW，发电机出口电压20.93 kV、发电机无功288 Mvar、发电机励磁电压434 V、发电机励磁电流4310 A，电气报警画面突发“AVR故障或励磁系统故障”、“励磁系统通道1失效”、“励磁系统通道2失效”、“发电机励磁装置总报警”光字牌报警，控制盘电气保护动作报警画面如图2所示；1号机组汽轮机ETS(汽轮机跳闸保护)保护动作，跳闸首出原因“发变组保护”；1号机组锅炉MFT(锅炉主燃料跳闸)动作，1号机组跳闸。

图2 发电机组电气报警光字牌画面

3 设备故障检测与处理

UNITROL-6800型励磁系统为双通道配置，一套在运行，另一套保持跟踪以实现无扰动切换。每个通道包含主控板和采样板等元件。其中当一个通道出现主控板失电、主控板不能正常工作或外回路故障如TV断线时，会自动切换到另一通道，实现正常功能。但两个通道同时接收发变组跳闸信号，只要其中一套收到该信号，则会发出跳灭磁开关指令。

3.1 事件记录分析

本次事件中1号机组励磁系统通道1未收到External Trip信号，励磁系统通道2最先收到External Trip(即发变组发出的跳闸信号)。经检查励磁系统通道2从External Trip报警到该跳闸信号复归只持续了6.1 ms，而发变组保护的正常跳闸指令应为保持信号，期间1号机组的发变组保护装置并未发出任何保护动作跳闸指令，因此该信号为干扰误动作信号。另外，励磁系统接收发变组保护动作信号使用的是大功率中间继电器(动作功率大于5 W)，其抗干扰能力强，可排除中间继电器误动作的可能性，分析认为故障原因系励磁系统元器件板卡质量问题导致保护误动作。

3.2 现场检测分析

经T电厂电气专业技术人员会同设备厂家联合现场进一步检测，发现单独强制通道2 的CCM板(采样板)的External Trip动作信号后，相关事件记录与本次励磁系统保护动作跳闸事件记录完全一致，因此判断跳闸原因系励磁系统元器件故障(通道2 的CCM板卡质量问题)，造成接收发变组保护跳闸信号的数字量开入接点误动作，导致励磁系统故障、机组跳闸。

3.3 故障处理

T电厂电气专业技术人员会同设备厂家技术人员更换一套全新的励磁系统通道2 的CCM采样板，并进行模拟量、数字量开入开出信号检测，确认正常后，复归1号机组励磁所有跳闸保护信号，1号机组申请并网。至当日7时46分，1号机组并网成功，确认故障消除。

4 事故原因分析

4.1 直接原因

由于1号机组励磁系统由原ABB UNITROL-5000系统改造为ABB UNITROL-6800系统，由设备厂家EPC总承包，负责工程的设计、设备供货、施工、调试、涉网试验等全部工作并对所有供货设备质量负责。T电厂1号机组励磁系统改造后，由于励磁系统元器件(通道2的 CCM板卡)质量存在严重问题，造成接收发变组保护跳闸信号的数字量开入接点误动作，直接导致了励磁系统故障，从而机组跳闸。

图3 故障通道2的CCM板卡模块

4.2 其他原因

T电厂1号机组励磁系统改造时，电厂专业技术人员对励磁系统升级改造EPC工程质量把关不严，未及时发现励磁系统CCM采样板卡可能存在的故障问题。涉事专业技术人员技术水平薄弱，对励磁系统改造相关知识掌握不深，未能有效预判潜在的安全风险和隐患，工程质量监理验收把控不严。

5 暴露问题与防范整改措施

5.1 暴露问题

a.设备管理不细致。相关人员对新改造设备隐患排查不彻底、不细致、不深入，未及时发现励磁系统CCM采样板卡可能存在的质量问题。

b.对检修质量把关不严，验收标准执行不到位，没有高标准严要求严格执行验收标准。

c.技术监督管理不到位。相关人员没有吸取其他电厂出现的类似事故教训，对新设备可能存在隐患了解不细致、不全面，未能有效预判潜在的安全风险和隐患。

d.安全风险分析不足。相关人员对励磁系统重要性认识不足，风险辨识不全面，对新投产设备可能出现的安全运行风险问题认识不足。

e.专业技术人员岗位技能培训不足。专业技术人员技能不足，检查、诊断水平不够高，对励磁系统改造后可能出现的事故缺少处理预判断和防范措施。

5.2 防范与整改措施[6-8]

a.电厂全体人员深刻汲取励磁系统故障跳机事件教训，牢固树立安全红线意识和底线思维，按照“四不放过”原则，深入进行事件讨论、分析，真正将事件教训入脑入心，避免类似事件发生。

b.加强电厂设备管理。设备管理人员全面梳理设备设施的运行、使用状态，有序组织预防性的检查、维护和检修，深抓设备管理中存在的问题。电厂各专业要有计划地对全厂设备进行深入隐患排查，按照隐患等级进行分类并制定整治计划和落实责任，切实提高设备管理水平。

c.严把设备检修与改造质量关。电厂设备管理部门完善检修验收管理制度，尤其对改造设备的质量、参数、逻辑、功能等要严格执行检修质量三级验收制度，避免存在验收标准不严的情况，确保提高设备检修、改造后的可靠性。

d.电厂技术监督人员要严格根据励磁系统技术监督相关文件要求，对励磁系统硬件及逻辑进行全面梳理，对励磁系统还可能存在的隐患进行逐一排查，对发现的缺陷和隐患迅速进行优化处理，杜绝类似事故再次发生。

e.强化设备零部件管理。设备管理人员要求厂家提供励磁系统各个零部件寿命清单，建立健全设备零部件管理台账，对重要零部件和易损零部件要多备一些备品备件。

f.电厂专业技术人员要强化岗位技能培训。电厂要针对ABB UNITROL-6800型系统加大专业技术人员培训力度，提高人员分析、判断故障及处理问题的技能水平，提高专业人员及时发现并有效处理异常情况的能力，才能防患未然。

g.针对非停事件制定的防范措施，电厂内要定期组织温故学习，使全体人员杜绝麻痹思想，夯实安全生产稳定形势。

6 结束语

励磁系统是发电机控制的核心系统，励磁系统的安全稳定事关发电机组安全稳定运行的全局。ABB UNITROL-6800型系统对许多电厂来说是一个全新的技术先进的系统，存在许多电厂专业技术人员没有掌握的技术壁垒，如果仅凭以往较老的励磁系统运维经验来处理UNITROL-6800型系统的故障问题可能并不奏效。应该要有计划地全面地对ABB UNITROL-6800型系统做技术培训，并加强与同类型设备的电厂技术人员以及设备厂家的工程师沟通交流经验，共同提高业务技能，才能在故障发生时精确快速地消除故障。