淺析桐柏抽水蓄能電廠兩次電氣制動(dòng)不成功情況

趙鋒，董曉亮

(華東桐柏抽水蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江天臺(tái)317200)

0 設(shè)備概況

桐柏抽水蓄能電廠機(jī)組制動(dòng)系統(tǒng)采用電氣制動(dòng)和機(jī)械制動(dòng)相結(jié)合的混合制動(dòng)形式。電氣制動(dòng)系統(tǒng)利用發(fā)電機(jī)停機(jī)時(shí)的殘余能量產(chǎn)生反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生制動(dòng)力矩，作為制動(dòng)來(lái)加速轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下降。采用電氣制動(dòng)，可以在加速停機(jī)同時(shí)，減小設(shè)備損傷，有利于提高機(jī)組運(yùn)行安全性、可靠性，同時(shí)有利于機(jī)組經(jīng)濟(jì)、高效運(yùn)行。

桐柏抽水蓄能電廠機(jī)組制動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行方式為:

(1)機(jī)組正常收到停機(jī)令之后，減有功、分機(jī)組開(kāi)關(guān)，減無(wú)功、退勵(lì)磁、分磁場(chǎng)開(kāi)關(guān)；

(2)轉(zhuǎn)速低于50%額定轉(zhuǎn)速開(kāi)始，合磁場(chǎng)開(kāi)關(guān)、投勵(lì)磁、合電氣制動(dòng)刀，從而進(jìn)行電氣制動(dòng)；

(3)待轉(zhuǎn)速下降到低于5%額定轉(zhuǎn)速投風(fēng)閘，加機(jī)械制動(dòng)，進(jìn)行混合制動(dòng)；

(4)到轉(zhuǎn)速低于1%轉(zhuǎn)速，退勵(lì)磁、分磁場(chǎng)開(kāi)關(guān)、分電氣制動(dòng)閘刀，電氣制動(dòng)退出。

當(dāng)有機(jī)組電氣故障信號(hào)時(shí)，閉鎖電氣制動(dòng)，當(dāng)電氣制動(dòng)被閉鎖或電氣制動(dòng)不成功時(shí)，在10%額定轉(zhuǎn)速投風(fēng)閘，加機(jī)械制動(dòng)，采用純粹的機(jī)械制動(dòng)。從而實(shí)現(xiàn)機(jī)組轉(zhuǎn)速的快速下降。

此種運(yùn)行方式在保證機(jī)組安全的情況下，可以使發(fā)電機(jī)組停機(jī)時(shí)間大為縮短，有利于發(fā)電機(jī)組經(jīng)濟(jì)、高效運(yùn)行。

1 事件現(xiàn)象

最近機(jī)組停機(jī)時(shí)有兩次電氣制動(dòng)不成功的現(xiàn)象:

7月12日，2號(hào)機(jī)停機(jī)電制動(dòng)，電制動(dòng)刀合閘后，報(bào)勵(lì)磁存在保護(hù)跳閘，勵(lì)磁退出，電制動(dòng)失敗。現(xiàn)場(chǎng)檢查勵(lì)磁調(diào)節(jié)器有“勵(lì)磁跳閘”、“勵(lì)磁變低壓開(kāi)關(guān)故障”等信號(hào),現(xiàn)地檢查ECB未合,試驗(yàn)位置手動(dòng)分合無(wú)異常,復(fù)歸信號(hào)后重新開(kāi)機(jī)再停機(jī)，電制動(dòng)投入正常。

7月15日，3號(hào)機(jī)抽水停機(jī)過(guò)程，電氣制動(dòng)失敗。現(xiàn)場(chǎng)檢查，電制動(dòng)刀合上，電制動(dòng)刀電源開(kāi)關(guān)03U+AJ20-F11跳開(kāi)，ECB未合上，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器面板有“勵(lì)磁跳閘”、“勵(lì)磁變低壓開(kāi)關(guān)故障”等信號(hào)。復(fù)歸信號(hào)后再次水輪機(jī)開(kāi)機(jī)后停機(jī)，情況正常。

2 故障原因分析及處理

這兩次電制動(dòng)不成功的現(xiàn)象，有相同之處也有不同之處。相同之處在于勵(lì)磁變低壓開(kāi)關(guān)(ECB)與磁場(chǎng)開(kāi)關(guān)(FCB)均未合上，勵(lì)磁盤面都有“勵(lì)磁跳閘”、“勵(lì)磁變低壓開(kāi)關(guān)故障”等信號(hào)，10%轉(zhuǎn)速投入機(jī)械制動(dòng)都正常等情況。不同之處在于3號(hào)機(jī)停機(jī)時(shí)有“電制動(dòng)刀馬達(dá)空開(kāi)跳閘”信號(hào)，電制動(dòng)刀未能合上，且有“勵(lì)磁停止超時(shí)”信號(hào)等。

檢查后分析認(rèn)為，12日2號(hào)機(jī)的電制動(dòng)不成功原因可能是勵(lì)磁系統(tǒng)通訊不暢引起。經(jīng)檢查，當(dāng)時(shí)“合勵(lì)磁變低壓開(kāi)關(guān)”確已發(fā)出，而勵(lì)磁變低壓開(kāi)關(guān)本身經(jīng)檢查并無(wú)異常，最大可能就是中間通訊環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題。

根據(jù)桐柏抽水蓄能電廠勵(lì)磁運(yùn)行邏輯，有如下環(huán)節(jié):當(dāng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器發(fā)出“合勵(lì)磁變低壓開(kāi)關(guān)”命令后，未收到“勵(lì)磁變低壓開(kāi)關(guān)合位”反饋信號(hào)時(shí)，延時(shí)1s勵(lì)磁系統(tǒng)會(huì)發(fā)“勵(lì)磁變低壓開(kāi)關(guān)故障”信號(hào)。

“合勵(lì)磁變低壓開(kāi)關(guān)”的命令是通過(guò)勵(lì)磁內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)到交換機(jī)，再由交換機(jī)到AK1703模塊，然后通過(guò)硬布線去合勵(lì)磁變低壓開(kāi)關(guān)。在此過(guò)程中，如果從勵(lì)磁調(diào)節(jié)器到交換機(jī)的通訊短時(shí)不暢，或者從交換機(jī)到AK1703模塊的通訊短時(shí)不暢，都會(huì)造成勵(lì)磁變低壓開(kāi)關(guān)合不上，從而導(dǎo)致電制動(dòng)失敗。電制動(dòng)失敗同時(shí)會(huì)發(fā)出“勵(lì)磁報(bào)警”等信號(hào)。

經(jīng)復(fù)歸報(bào)警回路，重新緊固通訊相關(guān)端子、接口后，再次開(kāi)機(jī)試驗(yàn)，情況已正常。

15日3號(hào)機(jī)電制動(dòng)不成功是因?yàn)?號(hào)機(jī)電氣制動(dòng)刀未合上引起。由于某種原因電氣制動(dòng)刀未合上，導(dǎo)致勵(lì)磁變低壓開(kāi)關(guān)(ECB)不能合閘，由于ECB在限定時(shí)間內(nèi)沒(méi)有合上，就會(huì)發(fā)出“勵(lì)磁變低壓開(kāi)關(guān)故障”信號(hào)，從而導(dǎo)致流程無(wú)法繼續(xù)，投電制動(dòng)失敗。停機(jī)時(shí)由于電制動(dòng)刀馬達(dá)電源已跳開(kāi)，電制動(dòng)閘刀無(wú)法分開(kāi)，就會(huì)發(fā)“勵(lì)磁停止超時(shí)”等信號(hào)。

檢查監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)，電制動(dòng)刀有合閘令發(fā)出，并且確已動(dòng)作，但是沒(méi)有收到合閘位反饋。現(xiàn)場(chǎng)檢查閘刀的確在中間位置，電制動(dòng)閘刀馬達(dá)空開(kāi)03U+AJ20-F11已跳開(kāi)。合上此空開(kāi)，現(xiàn)地分閘，閘刀可以分到位；但是現(xiàn)地合閘，以上故障情況仍會(huì)發(fā)生。

查圖紙分析，有圖1所示電氣制動(dòng)閘刀分、合閘回路圖，由圖1可知，不管遠(yuǎn)方還是現(xiàn)地，分閘均通過(guò)行程開(kāi)關(guān)S13，合閘均通過(guò)行程開(kāi)關(guān)S14。而S13是一常開(kāi)接點(diǎn)，在閘刀開(kāi)始合之前就閉合，中間態(tài)是一直是閉合的；S14是常閉接點(diǎn)，要在閘刀完全合上后加一段延時(shí)才斷開(kāi)。此點(diǎn)由圖2輔助接點(diǎn)TIMECHART圖可以看出。這就可以解釋閘刀為什么中間態(tài)時(shí)可以分開(kāi)，但不能合上的問(wèn)題了。

圖1 電氣制動(dòng)刀分、合回路圖

圖2 輔助接點(diǎn)TIMECHART圖

而上位機(jī)要判斷閘刀分、合，查看圖3《電氣制動(dòng)閘刀分、合指示原理圖》可以看出:要判斷閘刀在合位，則需行程開(kāi)關(guān)S1001、S1002、S1003同時(shí)動(dòng)作，而S1001、S1002、S1003的閉合動(dòng)作稍遲于主觸頭的閉合。他們?nèi)齻€(gè)之中任何一個(gè)沒(méi)有閉合均可導(dǎo)致閘刀位置中間態(tài)。而主觸頭由于某種原因，在沒(méi)有完全閉合到位或剛剛到閉合位就把電源跳開(kāi)，所以上位機(jī)仍舊判斷閘刀位置為中間態(tài)。

圖3 電氣制動(dòng)閘刀分、合指示

電制動(dòng)刀馬達(dá)空開(kāi)跳開(kāi)的最可能原因就是由于某種原因使閘刀沒(méi)有合到位，從而S14一直閉合，合閘回路一直導(dǎo)通，致使電機(jī)電流過(guò)大，從而跳開(kāi)電源。

進(jìn)一步拆箱檢查，發(fā)現(xiàn)電制動(dòng)刀C相引弧觸頭鎖止彈簧端部固定銷斷裂，導(dǎo)致引弧觸頭無(wú)法鎖止。

由于引弧觸頭無(wú)法鎖止，在閘刀合閘時(shí)因重力作用，引弧觸頭自然下垂。由于引弧觸頭的特殊構(gòu)造，在閘刀合到一定位置后，引弧觸頭機(jī)構(gòu)會(huì)反向卡住閘刀機(jī)構(gòu)，致使閘刀無(wú)法進(jìn)一步動(dòng)作，也就合不到位了。進(jìn)而使S14行程開(kāi)關(guān)無(wú)法到位，馬達(dá)電源F11由于過(guò)流而跳開(kāi)。從而導(dǎo)致電制動(dòng)失敗。

這樣，由于閘刀機(jī)構(gòu)行程受阻，很有可能使操作機(jī)構(gòu)因磨損或過(guò)力而受損。我們檢查電氣制動(dòng)閘刀操作機(jī)構(gòu)時(shí)發(fā)現(xiàn)AJ20箱體內(nèi)有鐵屑，進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)，操作機(jī)構(gòu)的一個(gè)傳動(dòng)軸已磨損很嚴(yán)重。

由于機(jī)構(gòu)受損，在修復(fù)完閘刀C相引弧觸頭鎖止銷之后，閘刀仍無(wú)法合到位，只有將機(jī)構(gòu)更換處理。更換受損的傳動(dòng)軸之后，電氣制動(dòng)閘刀可以正常的分、合操作。機(jī)組開(kāi)機(jī)試驗(yàn)，電氣制動(dòng)功能也已恢復(fù)正常。

3 結(jié)束語(yǔ)

電氣制動(dòng)作為電廠機(jī)組運(yùn)行的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它的存在對(duì)于機(jī)組經(jīng)濟(jì)、高效運(yùn)行有顯著作用。經(jīng)過(guò)對(duì)這兩次電氣制動(dòng)不成功事件的原因分析，考慮到實(shí)際工作的可行性，提出幾點(diǎn)建議:

(1)由于3號(hào)機(jī)電氣制動(dòng)刀機(jī)構(gòu)磨損量較大，考慮是平時(shí)已經(jīng)有一定量的磨損，建議平時(shí)加強(qiáng)關(guān)注此機(jī)構(gòu)，同時(shí)排查其他機(jī)組電氣制動(dòng)刀機(jī)構(gòu)有無(wú)磨損情況，做到舉一反三，消除隱患。

(2)改善通訊回路，如有可能，減少通訊中間環(huán)節(jié)，選用可靠性更高的通訊設(shè)備及線材。

(3)增強(qiáng)設(shè)備精細(xì)巡查力度，及早發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患。

(4)建議將易損轉(zhuǎn)動(dòng)部件定期檢查并縮短維護(hù)周期。