Unitrol 5000勵磁系統幾種常見故障分析和處理

任曉駿，梁雪華，冷 軍

（浙能長興發電有限公司，浙江 長興 313100）

浙能長興發電有限公司（4×300 MW機組）配備4套ABB公司生產的Unitrol 5000系列靜態（自并勵）勵磁系統，由勵磁變、勵磁調節器、可控硅整流器單元、起勵單元、滅磁單元等組成。其中勵磁調節器采取雙通道的結構，通道主要由主控板（COB）和測量單元板（MUB）構成，每個通道含有勵磁電流調節、發電機機端電壓調節、勵磁系統監測、保護功能，形成一個獨立的處理系統。

Unitrol 5000勵磁系統具有響應速度快，調節精度高，保護功能完善，結構緊湊，抗干擾能力強等特點。然而在使用過程也曾出現過一些問題，如電源模塊、冷卻系統等故障，若處理不當則會影響勵磁系統的正常運行。

1 電源模塊故障

1.1 勵磁系統電源配置

Unitrol 5000勵磁系統DC24V控制電源取自于2個全冗余電源模塊：由直流源供電的DC/DC直流電源模塊G15；由勵磁變壓器的副邊供電的AC/DC交流電源模塊G05。

這2個電源模塊并聯輸至出DC24V電源端子，每路均具有回路監視功能。主要勵磁控制單元，如主控板、測量板等，均直接從DC24V端子上取電。而包括輸入輸出信號回路在內的其他需要使用DC24V電源的單元，則經具有短路保護功能的小型熔斷器后供電，從而保證該單元出現故障后不對勵磁系統的總體運行產生影響。

1.2 故障分析

某日3號機勵磁調節器直流、交流輔助電源模塊G05與G15分別告警，在線更換電源模塊時，因電源短路引起勵磁調節器失電，進而引發機組跳閘。

1.3 改進建議

據運行經驗，電源模塊的故障概率會高于其他卡件，因此在線更換電源模塊無法避免。為降低在線更換電源模塊風險，可在兩路電源輸出回路分別增加空氣開關Q05′與Q15′。當電源模塊故障時，關注電源模塊的故障指示燈并測量輸出電流以確認故障電源，然后通過空氣開關將故障電源完全隔離后再進行更換，新安裝的空氣開關輔助接點可接入原空氣開關監視報警回路，修改后接線見圖1。

圖1 直流輸出回路串入空氣開關

2 冷卻系統故障

2.1 冷卻系統配置

冷卻系統采用交流電動機驅動的離心風機為可控硅散熱器提供強迫風冷。離心式風機安裝在風機盒內，便于拆裝。為確保整流柜可靠運行，一般選用雙機冗余的強迫風冷方式。正常運行方式為主風機M1與M2運行，當主風機出現故障時，出風口擋板會自動掉下，接通擋板位置開關接點S1與S2，將風機運行狀態反饋給控制器去啟動備用風機M3與M4。

2.2 冷卻系統常見故障

因運行環境較差，冷卻系統在運行中曾多次發生故障，較典型故障有：濾網堵塞、電源切換繼電器接點接觸不良、風扇電機燒毀、風機出力不足、出風口擋板轉軸卡澀等。這些故障輕則造成起勵失敗、整流柜退出運行，重則導致機組跳閘停機。所以，必須加強勵磁冷卻系統的日常維護及試驗，以便及早發現設備隱患，降低事故發生概率。

2.3 冷卻系統的日常維護

由于冷卻風扇口空氣對流強烈，整流柜進風口處往往積灰嚴重，因此需加強清掃，同時根據小室清潔程度，定期對濾網檢查清掃。在日常巡檢中，應注意風扇的異常噪音。由于無法對軸承進行潤滑，可待停機檢修時對噪音變大的風機進行更換。3號機勵磁調節器2號整流柜曾出現風機出力不足、起勵時需拆除濾網后主風扇才能正常啟動的情況，而在打開柜門后風扇啟動又正常，無法確認故障風扇，此時可用一小擋板遮住某一風扇進風口，模擬帶濾網運行，從而確認故障風扇。

如運行中出現風機故障需在線更換，應在負荷較低時進行，以降低正常工作的整流柜負載。更換時可直接將風機盒上插頭拔除，故障風扇所在整流柜會自動退出運行，將風機盒抽出整流柜后可對故障風機進行更換。

2.4 冷卻系統風機試驗

（1）合上勵磁冷卻系統備用電源空氣開關。

（2）通過查找軟件圖模塊SP-151，確認風扇輔助電源投入參數（通常是817），將該參數置1，合上風扇備用電源切換繼電器K16。

（3）將整流橋風機測試選擇參數521設為9（9表示測試所有整流橋的主風機），如果選擇1則代表測試整流橋1的風機，2代表測試整流橋2的風機，以此類推。

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（4）將風機測試參數5511設為12502，啟動所有整流橋主風機。

（5）打開整流柜的門，分別關掉主風機的電源，此時風機應自動切換到備用風機運行。

（6）送上主風機電源，就地復歸，備用風機應停運，主風機自動啟動。

（7）恢復修改過的各參數，斷開控制電源重新上電。

3 勵磁變溫度保護故障

3.1 故障分析

某日3號發變組跳閘，經檢查3號勵磁變T154智能溫控器顯示A相繞組超溫跳閘。經再次確認，勵磁變繞組測溫元件正常，系T154智能溫控器故障直接出口通過發變組保護使3號發變組全停。

3號勵磁變由變壓器柜上的的智能溫控器T154實現溫度保護，當繞組溫度升高到150℃時T154溫控器跳閘接點閉合，通過發變組保護出口全停3號發變組。事故后經測試，該智能溫控器上溫度測量值經常會自行上升，而此時勵磁變溫度正常，感溫元件PT100阻值也正常。因此，智能溫控器T154本身的故障是造成此次事故的直接原因。

3.2 改進建議

勵磁變溫度保護通常采用以下2種方式：

（1）通過勵磁調節器內部邏輯判斷勵磁變是否超溫。勵磁變通過Pt-100鉑熱電阻將溫度模擬量輸送到勵磁變監視模塊，當有一相溫度超過報警值1022或跳閘定值1023時，勵磁變將發報警信號或跳閘信號，當某一相溫度溫升率大于100℃/s時，將發出模擬量故障報警，同時閉鎖溫度保護出口。

勵磁變監視模塊中溫度保護閉鎖條件單一，只有溫升率閉鎖，而且溫升率設定值靈敏度較低，故障時溫度變化緩慢則無法閉鎖出口，該溫升率定值為軟件內固定值，無法修改。由此可見，勵磁變溫度保護邏輯較為簡單，故障時容易造成保護誤動出口跳閘。

（2）在勵磁變本體上裝有溫控器，溫控器直接出口啟動發變組非電量保護。從故障分析可以看出，溫控器的可靠性較差，而且沒有任何閉鎖手段，也易造成保護誤動出口。

可見，上述2種保護方式均存在一定隱患。因勵磁變本體還有1組備用感溫電阻，可將2組感溫電阻均引入分散控制系統（DCS），由DCS實現勵磁變溫度保護：當勵磁變繞組任一相2個溫度點均超過150℃時，DCS發出跳閘信號通過發變組保護出口跳閘。考慮到測溫回路異常的閉鎖，勵磁變溫度可設溫升率保護（參數設置為10℃/s）和壞點保護，當溫升過快或為壞值時溫度保護不動作。

4 日常運行維護需注意2個問題

（1）勵磁系統采用現場總線控制模式，各通道之間、調節器與功率柜之間均通過現場總線進行聯系，因此現場總線插件的松動會嚴重影響勵磁系統的正常工作。處理方法是：可在勵磁調節系統靜態試驗時輕敲插件拉手，一旦插件松動，必然會引起輸出上下波動。如果是元件虛焊引起的松動，需加焊牢固。而針對插件插座引起的松動情況，可在插件的銅箔上涂一層薄錫，這樣既可防止銅箔氧化，又增加了插件與插座接觸的緊密程度。

（2）發電廠滅磁開關燒毀事故時有發生，因此在勵磁系統定檢時應重視滅磁開關的檢修維護工作，內容應包括：開關滅弧室清掃；開關觸頭檢查；操作機構檢查、加油；母線接頭檢查；各線圈直流電阻、動作電壓以及開關絕緣電阻等的測試。另外，由于滅磁開關儲能機構傳動齒輪為塑料件，長時間使用后容易老化斷裂，使開關無法正常儲能。據了解，ABB所有低壓開關儲能機構為通用配件，建議增加儲能機構備品，故障時可直接進行更換。

5 結語

勵磁系統對發電機甚至電力系統的安全穩定運行有很大的影響。Unitrol 5000勵磁系統總體運行穩定，其核心部件如調節器、整流元件等具有較高的可靠性，但在輔助設備的選用及內部保護邏輯的判斷上還存在著一些問題，對機組的安全運行產生了一定的影響。針對系統一些易發生故障進行了分析研究，并提出了改進意見，將提高勵磁系統運行的可靠性。

[1]竺士章.發電機勵磁系統試驗[M].北京：中國電力出版社，2005.