某臺9E燃機發電機啟動過程中勵磁電壓異常原因分析處理

蘇州工業園區藍天燃氣熱電有限公司 孫沿濤

某臺9E燃機發電機啟動過程中勵磁電壓異常原因分析處理

蘇州工業園區藍天燃氣熱電有限公司 孫沿濤

本文主要講述了發電機勵磁電壓異常原因分析及處理，與各位同仁共同學習探討。

9E燃機發電機；啟動；電壓異常

引言

蘇州工業園區北部燃機熱電有限公司建有2×180兆瓦,供熱壓力1.6兆帕,最大對外供熱可達每小時250噸的燃氣-蒸汽聯合循環機組。燃氣輪機是GE公司生產的PG9171E型燃氣輪機;鍋爐為無錫華光鍋爐廠有限公司生產,型號為UG-PG9171E-R《Q1496/546-189(36) -6.0(0.62)/530(254)》型式為雙壓無補燃、懸吊立式、露天塔式布置、全懸吊結構、自帶整體式除氧器、自然循環余熱鍋爐;汽輪機是南京汽輪電機(集團)有限責任公司生產的60MW雙壓(帶補汽)、單軸、單缸、可調抽汽凝汽式聯合循環汽輪機,型號為: LCZ60-5.82/1.37/0.58。

1 9E燃機發電機勵磁系統簡介

燃機發電機是南京汽輪機(集團)有限責任公司生產的型號為QFR-135-2,額定容量為135MW,額定電壓為13.8kV,額定電流6645A,冷卻方式為CACW密閉循環空氣冷卻。

燃機發電機勵磁系統由一臺主勵磁機和一臺副勵磁機組成,主勵磁機采用一臺三相交流無刷勵磁機,副勵磁機采用一臺單相永磁發電機。主勵磁機是一臺三相同步發電機,其磁場靜止、電樞旋轉,電樞輸出的三相交流電經同軸旋轉的三相旋轉整流裝置整流為直流,通入發電機磁場繞組,供給發電機勵磁,因它取消了電刷和滑環所以稱為無刷勵磁機;副勵磁機是一臺單相同步永磁發電機,磁極在轉子上,極身用永磁材料制成,勵磁機轉子通過法蘭和發電機轉子連接。主勵磁機和副勵磁機設計在同一個閉路管道通風殼體內,它的進風、出風全通到勵磁機頂端或者底架,然后再通到同步發電機進風口處。

燃機發電機勵磁系統采用南瑞NES5100勵磁調節器,主要功能是精確快速地調節同步發電機的機端電壓和無功功率。NES5100勵磁調節器控制周期為3.3毫秒,它不斷地將給定值與反饋值進行比較,然后進行調節計算,最終去改變可控硅整流器的觸發角度。

2 異常發生過程及現象

2014年10月16日,#1聯合循環機組小修工作結束,進行#1聯合循環機組并網帶負荷試運。9∶00,燃機發啟動令。9∶20,燃機全速空載,發電機啟勵80%額定電壓時,發電機電壓突降至1.41kV,勵磁系統強勵動作,勵磁電壓: 170.8V、勵磁電流:17A、發電機定子電流:1.906kA(發電機額定空載勵磁電壓:20V 、空載勵磁電流:1.2A )。

同時發電機現場巡檢值班員聽見異常聲響,看到發電機勵磁端有火星濺出,無冒煙現象,無焦味;值班員再次檢查燃機勵磁機勵磁電壓:80V,勵磁電流: 8A,燃機發電機機端電壓:0.09kV,發電機定子電流: 0.016kA,其他參數均正常。檢查燃機發電機勵磁屏發“綜合限制及強勵限制報警信號”。

9∶27,聯合循環機組停運。對故障勵磁錄波文件進行分析,初步判斷為勵磁機故障。立即聯系相關設備廠家進行善后處理。

3 異常原因分析

組織人員對#1燃機勵磁機進行解體檢修,同時聯系勵磁系統廠家對勵磁調節系統進行了檢測,經檢查發現:

(1)轉子接地檢測滑環裝置受損較嚴重,正、負極滑環相對面存在損傷凹坑,有放電拉弧的痕跡;

(2)燃機發電機勵磁盤12只熔斷器全部擊穿;

(3)勵磁系統廠家技術人員至現場檢查勵磁控制系統,初步判斷勵磁控制系統起勵過程中機端電壓突降,觸發強勵。

(4)對發電機進行定子繞組絕緣電阻、定子繞組直流電阻、定子繞組泄漏電流試驗,數據均正常;發電機定、轉子測絕緣正常。

通過上述異常現象進行分析,主要原因如下:

一種原因是起勵升壓過程中勵磁機整流盤部分保險絲因動作特性不良等造成熔斷,導致機端電壓極速下降,建壓失敗;起勵升壓過程中機端電壓極速下降,導致勵磁控制系統強勵動作,強勵先后反復動作4次,整流盤熔斷器熱穩定性迅速下降,導致整流盤共12組熔斷器全部損壞。當熔斷器全部損壞時,發電機轉子回路與勵磁機轉子回路完全斷開,發電機轉子回路能量無法釋放,相當于在正、負滑環上加了一個高壓,致使發電機轉子檢測回路的正、負滑環放電擊穿。

二種原因燃機升速中大軸前竄,起勵時,正極刷架相對發電機轉子檢測回路的正滑環后移,與負滑環間距縮小,在轉子高速運轉中外部異物或碳粉集聚造成發電機轉子檢測回路的正、負滑環放電擊穿,致使起勵升壓過程中勵磁機整流盤保險絲部分熔斷,故障進一步循環放大后造成保險絲全部熔斷。隨后導致機端電壓極速下降,建壓失敗;并導致勵磁控制系統強勵先后反復動作4次。

4 異常處理措施及進一步試驗方案

重新更換全部整流二極管、熔斷器和新型號防止爆閃接地檢測滑環10型,并拆除了正極刷架及接線,完成全部復裝工作,并投入燃機盤車運行正常。

燃機啟動至空載,進行發電機起勵建壓試驗。零起升壓過程中,各參數(勵磁電壓、勵磁電流、發電機機端電壓、發電機電流、勵磁導通角等)與原始曲線數據相比均正常,勵磁廠家現場進行錄波。經過多次試驗,上述試驗結果均正常。

機組啟動后,檢查燃機發電機自動建壓正常。

采取的具體措施:

(1)勵磁機快速熔斷器運行時間尚未滿3000小時即故障,對快速熔斷器進行檢測,明確過流特性。發電機額定勵磁電流為890A(2倍強勵下電流為1780A);單只快速熔斷器在10s下可承受最高電流為1200A(雙橋臂運行時為2400A)。雙橋臂運行時符合1.2倍額定電流對快熔的選型要求;但當一只快熔熔斷,單橋臂運行時,無法滿足強勵要求,應加強對完善后的快速熔斷器報警裝置監測,發現有快速熔斷器熔斷,及時停機更換。(如圖1所示)

(2)進一步優化發電機強勵動作邏輯:

1)增加啟勵逆變時間判據:1分鐘低于85%額定電壓自動逆變,防止在啟動過程中多次強勵;

2)啟勵建壓過程中增加自動錄波功能;

3)啟勵建壓過程中閉鎖PT斷線判據三。

(3)加強對發電機勵磁機旋轉二極管及快速熔斷器的監測,進一步保障快速熔斷器運行的安全性,并完善旋轉二極管故障報警裝置及其功能,更換旋轉二極管故障報警裝置卡件。

(4)燃機發電機為無刷勵磁形式,該形式決定了滅磁主要依靠轉子本身的電阻來自然消耗轉子上剩余能量,避免產生突變電壓。為防止熔斷器全部損壞時,發電機轉子回路與勵磁機轉子回路完全斷開,發電機轉子回路能量無法釋放產生高電壓的情況,應加強對快速熔斷器熔斷的監視。

圖1

5 結束語

此次的發電機啟動過程中勵磁電壓異常是個別案例,并不是所有發電機勵磁機設備異常而導致的事故,對事故主要原因進行了分析,并對主要問題設備進行處理后,可以避免相類似事故的再次發生。通過此次事故,各級生產管理技術人員更加全面清楚地了解發電機勵磁系統及相應設備的工作狀態,提高了關注度,對發電機勵磁系統及設備有了更深的理解。

［1］南瑞NES5100 勵磁調節器使用維護手冊.

［2］GE公司運行與維護手,GE資料.

［3］南汽公司發電機使用維護手冊,南汽資料.

孫沿濤（1974—），男，江蘇鹽城人，工程師、注冊安全工程師，蘇州工業園區藍天燃氣熱電有限公司，安全主任，從事燃機電廠安全管理工作。