一起600 MW機組勵磁系統滅磁開關故障分析

樊 強，李向杰，沙忠林，韓維峰

(大唐陽城發電有限責任公司，山西 晉城 048000)

1 概述

某電廠1號機組于2007年9月建成投產，發電機為哈爾濱電機廠制造的QFSN-600-2YHG型三相同步發電機，額定功率為600 MW，額定電壓為20 kV，額定電流為19 245 A；其GE EX2100型全靜態勵磁裝置采用冗余控制多橋配置，額定輸出電壓481.7 V DC，額定輸出電流4 541 A。

在近期的一次機組啟動過程中，發生了因勵磁系統滅磁開關故障導致勵磁系統起勵失敗事件，并最終延誤了機組啟動。

2 故障現象

2011-09-17，1號機組結束檢修進行機組啟動。

18:05，汽機定速3 000 r/min后準備并網。

18:07 ，DCS勵磁起勵命令發出后，發電機無法起勵建壓，主控室無任何報警信號，就地檢查勵磁面板也無報警跳閘信號。

后經過試驗確定，DCS起勵命令已送至勵磁接線端子板ECTB相應端子。

3 檢查處理

(1)經過對故障現象的分析，現場維護人員首先對調節器進行停電復位，但問題未解決；接著更換勵磁接線端子板。因勵磁系統配有3個控制器，為冗余配置，在控制器沒有報警信號的情況下，初步判斷是勵磁接線端子板故障，但在更換勵磁接線端子板后，故障仍未消除。隨后又通過勵磁系統操作軟件進行試起勵，起勵仍不成功，此時調節器發出了報警信號。雖然滅磁開關在起勵之前已經合閘，但此時畫面顯示滅磁開關在分閘狀態。經就地檢查滅磁開關在合閘位置，于是采取機械方式將滅磁開關斷開。

(2)為進一步驗證滅磁開關的合分閘性能，維護人員利用滅磁開關專用的機械操作手柄進行合閘，發現滅磁開關合后不能機械自保持。解體滅磁開關，發現跳閘線圈有過熱現象，且跳閘線圈內部鐵芯電磁機械機構卡澀，在內部彈簧壓力下不能自由活動，造成開關在合閘位置無法機械保持。在對卡澀部分進行處理后，滅磁開關能夠進行機械合分，且動作正常。

(3)確定開關機械故障消除后，對滅磁開關進行電氣合分閘操作仍不成功。進一步解體滅磁開關輔助機構接線箱發現,該滅磁開關的直流電源模塊故障，無24 V電壓輸出。從外部引入24 V直流電源接至電源輸入端子，滅磁開關能夠合閘，但無法分閘。據此判斷，該滅磁開關的電源模塊、跳閘線圈均已經燒壞，無法繼續使用。

測量跳閘線圈直阻為0.5 Ω，而新的跳閘線圈直阻為6.0 Ω。鑒于滅磁開關故障點較多，且滅磁開關弧觸頭有灼傷現象，現場維修耗時較長，經過研究，決定更換一臺新的滅磁開關。更換后，滅磁開關各項操作正常，勵磁系統投運正常，機組順利啟動。

4 滅磁開關未斷開對滅磁的影響分析

根據現場情況可以判斷，滅磁開關在機組非計劃停運時便已經發生故障，未能斷開。為說明這是否影響到了發電機的滅磁，做了以下分析。

EX2100勵磁系統滅磁方式有2種：正常滅磁和事故滅磁。

正常滅磁的過程是DCS/鍵盤/軟件發出跳閘指令后，逆變滅磁5 s，然后同時閉鎖SCR脈沖、導通線性滅磁電阻、斷開滅磁開關。

事故狀態下，控制器發出閉鎖脈沖命令，然后發送跳閘信號給滅磁開關，同時發送給滅磁模塊的觸發回路。滅磁模塊將線性電阻接入滅磁，再經20 ms滅磁開關動作。

滅磁開關的輔助觸點和調節器的指令均可導通滅磁電阻。雖然在停機過程中滅磁開關因故未能斷開，但控制器在發出閉鎖脈沖命令后，已然發送指令給滅磁模塊將線性電阻接入滅磁，且從時序上來講，該指令是先于滅磁開關輔助接點的。

圖1和圖2示出了1號機組2次非計劃停運時發電機各參數變化曲線。其中，圖1示出本次檢修前非計劃停運時滅磁開關未斷開情況下的發電機各參數曲線；圖2示出另一次非計劃停運時滅磁開關按時序斷開情況下的發電機各參數曲線。

對比圖1和圖2可以看出，在1號機組2次非計劃停運(滅磁方式為事故停機方式)時，各參數變化趨勢基本上是一致的，在滅磁開關未斷開的情況下，發電機滅磁并未受到明顯影響。但若是發電機或主變等設備發生故障時，跳閘指令下達后滅磁開關不跳，將會降低滅磁的可靠性。同時，滅磁開關不跳，發電機轉子回路的能量不能很快消耗掉，滅磁的時間會有所延長，發電機向故障點提供短路電流的時間也將會延長，由此加重故障的破壞程度。因此，對于滅磁開關未按指令斷開這一故障，必須認真對待，采取有效措施杜絕其再次發生。

5 原因分析

(1)將故障的滅磁開關解體檢查后發現，跳閘線圈受熱變形，鐵芯卡澀，直流模塊無輸出。根據事故現象，經分析認為，此次故障是由于滅磁開關跳閘線圈多次動作后逐漸變形，導致鐵芯吸力不足并卡澀，造成滅磁開關未跳開，致使跳閘線圈一直帶電，線圈過熱短路，進而導致直流24 V電源模塊過流燒損。這是本次事件的直接原因。

圖1 滅磁開關未斷開時發電機滅磁參數曲線

圖2 滅磁開關按時序斷開時發電機滅磁參數曲線

(2)滅磁開關的合跳閘指令來自同一中間繼電器，當勵磁系統起勵時，該中間繼電器吸合，其常開接點閉合，導通滅磁開關合閘回路，使滅磁開關合閘，在勵磁調節器發出跳滅磁開關指令前，該繼電器要一直保持吸合狀態；當勵磁系統滅磁時，該中間繼電器釋放，其常開接點打開，常閉接點閉合，導通滅磁開關的跳閘回路，使滅磁開關跳閘。圖3為滅磁開關的跳閘回路。在本次事件中，由于滅磁開關未能跳開導致跳閘線圈一直帶電，又由于畫面未正確顯示滅磁開關狀態，使得滅磁開關的異常沒有被及時發現處理，最終造成跳閘線圈和開關內部直流電源模件損壞。這是本次事件的間接原因。

圖3 滅磁開關跳閘回路

(3)勵磁裝置程序控制存在問題。通過對故障現象和故障處理過程的分析發現，勵磁裝置在程序上也存在著一定的問題。

① 在滅磁開關合閘狀態下起勵過程失敗屬正?，F象。在遠方起勵失敗后，勵磁系統應發出相應的報警信號，但實際情況是勵磁系統在起勵失敗后未發出任何報警信號，同時也無任何故障記錄，說明在勵磁系統控制程序上同樣存在問題。

② 集控運行畫面所顯示滅磁開關的合、分閘信號并不是直接取自滅磁開關輔助接點，而是取自滅磁開關輔助接點擴展繼電器的常開接點，該繼電器又是受勵磁接線端子板上中間繼電器2GP控制(見圖4)的，只有當“Running”信號產生時2GP才帶電，而“Running”為勵磁系統運行信號。這就造成了停機后雖然滅磁開關在合閘狀態但運行畫面卻顯示為分閘狀態。

圖4 目前滅磁開關狀態接點傳遞示意

6 防范措施

(1)更改畫面分合閘指示信號所取的接點，使畫面所用的滅磁開關狀態接點直接取自滅磁開關。由于現有滅磁開關的狀態接點已全部用完，需采購新的輔助接點來增加滅磁開關狀態接點數量，并留有備用。

(2)針對勵磁裝置程序的缺陷，積極聯系勵磁系統設備生產廠家，分析問題存在的原因，并及時采取相應的處理方案及措施。

(3)按照目前的設計，當勵磁系統運行時，滅磁開關的合跳閘繼電器需要一直保持吸合狀態，若出現該繼電器意外失去控制直流或線圈斷線，勢必會造成滅磁開關誤跳，這將直接導致機組的非計劃停運。較為可靠的做法應該是安裝2個中間繼電器，分別作為合閘繼電器和跳閘繼電器，當調節器發出合閘或跳閘指令時，由相應的繼電器吸合，溝通滅磁開關的合閘回路或跳閘回路，繼電器在經過預先設定好的延時后釋放。對于這一方案應盡快和設備生產廠家聯系，確定其在技術上的可行性，及早消除設備隱患。

(4)積極與設備生產廠家溝通，利用設備生產廠家及專業院校等組織勵磁系統培訓的機會，了解目前國內勵磁系統運行狀況及存在的問題。加強與有同類型機組的電廠的技術交流，做好技術信息互通工作，以便及時解決設備存在的問題，避免其他電廠發生過的故障在本廠再次發生。

(5)盤點發電機勵磁系統及其它重要設備的易損件和重要部件，制定備件采購計劃。檢查已有備件并定期試驗，確保備件良好可用。

(6)跳閘線圈的變形卡澀是一個漸變的過程，并非是一朝一夕形成的，由于工作的疏忽未能及時發現跳閘線圈的劣化趨勢，促成了量變到質變，最終造成設備損壞并延誤機組啟動。有鑒于此，應舉一反三，對現場設備重新進行梳理，補充和完善檢修工藝及檢修質量標準，嚴把檢修質量關，杜絕設備帶病運行。同時，設備專職及管理人員也應加強理論學習，提高對設備的風險辨識及管控能力。

7 結束語

勵磁系統對于機組的重要性不言而喻，此次事件的發生說明平時的工作存在漏洞，應認真吸取教訓，從設備管理的各個環節查找不足，切實提高設備的健康水平；同時也應避免閉門造車，多與同類型機組的技術人員溝通，吸取他人的經驗和教訓，提高自己的技術水平，杜絕同類故障的發生。