發電機機組無功功率輸出波動原因分析及對策

武庭會(攀鋼集團礦業公司動力廠，四川攀枝花　617063)

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發電機機組無功功率輸出波動原因分析及對策

武庭會
(攀鋼集團礦業公司動力廠，四川攀枝花617063)

【摘要】針對攀鋼電廠12#機組在運行中出現無功功率輸出頻繁反向波動的問題進行了研究和分析，從勵磁調節系統內外查找原因，確認是碳刷接觸電壓過高所致，采取措施解決了問題。

【關鍵詞】無功波動；碳刷；接觸電壓

1　前言

攀鋼電廠建廠3臺發電機的自動勵磁調節器均為北京重型電機廠配套的GLT-5型裝置，由于該型勵磁調節器采用模擬控制信號，抗干擾性能差，勵磁控制不穩定，無功波動較大。1999年7月開始對勵磁調節器進行改造，使用的是TDWLT-01型微機勵磁系統。2015年來，12#機組的勵磁波動頻繁，導致無功的波動幅度有10~40 Mvar左右，嚴重影響機組和電網的安全穩定運行。

為了控制無功波動時可能引起機組進相運行，造成失磁保護動作從而引起機組跳閘，要求將12#機組無功功率輸出控制在30 Mvar運行。由于攀枝花電網無功沖擊變化負荷大，在自動勵磁調節器的作用下，機組無功也會相應地發生調節變化，為了控制好12#機組無功，要求運行人員隨時調整給定控制12#機組無功，勵磁波動調節的不穩定性增加了12#機下網的可能性，同時也大大增加了監盤人員的勞動強度。

12#機組勵磁波動的問題，廠里多次組織電氣專業組的人員進行分析討論都沒找到具體原因，已經成為嚴重影響機組安全運行的一個生產難題。

2　勵磁波動現象及故障排查

2.1無功功率波動現象

12#機組無功反向調節的現象始于2012年10月，當時間隔時間長，有時半年才波動一次，2014年2月份后無功反向調節波動頻繁，最嚴重的一次3 月1日致機組下網。在系統電壓平穩、運行人員無任何操作情況下，A、B調節柜直流輸出電壓，主勵磁電壓驟升，12#機無功，主勵磁機勵磁電流，轉子電流驟降。幾分鐘后勵磁調節器所有參數恢復正常。

2.2勵磁波動原因排查

2.2.1勵磁調節器內部排查

2014年3月1日12#機組事故下網發生后組織人員檢查了永磁機至調節柜電纜、調節柜至主勵磁機電纜的直流電阻，交流耐壓試驗，對2#機勵磁調節A、B柜控制插件，整流橋進行了檢查清掃，對插件接觸觸指使用橡皮擦進行了清潔，接插線進行重新插拔檢查，確保接觸良好。在發電機空載情況下，測量永磁機波形，三相波形完整，相位正確，測量調節柜輸出波形，整流橋輸出波形無缺失現象。3月4日請專家來廠對勵磁系統整流特性、觸發脈沖及中頻電源波形檢查，邏輯功能試驗，跟蹤及切換試驗檢查，空載及并網后動態切換試驗。僅發現B柜存在調節脈沖觸發干擾，可控硅阻容吸收電路中電容可能存在參數劣化情況，動態情況下B柜跟蹤比A柜調節反應速度慢的情況，其他特性均正常。阻容吸收電路中的電容參數劣化可能帶來的影響就是勵磁調節器可控硅誤觸發。5月6日更換了C相阻容吸收電路中的電容對觸發控制脈沖錄波發現仍有毛刺,排除了阻容吸收電容引起勵磁波動的判斷。

同時對3月1日機組下網事故進行了定性分析。B柜測量回路接觸不好，造成B柜檢測到機端電壓大幅下降，B柜可控硅控制角迅速減到最小，造成過勵和頂勵勵磁，自動將勵磁電流限制在頂值勵磁限制的電流范圍內，所以電氣運行人員人為加減勵磁都不起作用。A調節柜電壓檢測回路完好，檢測到達到極端電壓大幅上升至11.9 kV，迅速將A柜可控硅控制角開大，機端電壓一直維持11.7 kV，持續了13 min，在這13 min A柜可能一直在執行開大控制角的判斷，所以當時A柜已經處于關斷狀態，B柜處于開到最大狀態，當人為地斷開B柜DZB時就造成失磁保護切機。事故后對插件接觸觸指使用橡皮擦進行了清潔，接插線進行重新插拔檢查，確保接觸良好，3月4日開機時對調節B柜勵磁特性進行檢查，正常，找到了12#機組下網的原因：不是無功反向調節引起的，而是B柜測量回路接觸不好造成B柜失控故障。

3月31日12#機組勵磁又開始波動。從無功波動勵磁電流變化過程分析，調節柜能根據無功的驟升驟降做出相應的調節動作，調節柜功能正常，仍屬于可控態。從ECS歷史曲線分析，按照負載特性，調節柜輸出電壓增大，勵磁電流相應增加。而反常調節的現象調節柜的電壓突然升高后，勵磁電流處于下降狀態。故此，我們排除了勵磁波動是由勵磁調節器內部問題引起的。分析可能是勵磁調節器外部存在不穩定的負載增大狀態。

2.2.2勵磁調節器外部原因排查

通過分析認為可能是12#發電機勵磁系統（永磁機至主勵機轉子之間的設備）異常造成。3月1日停機后對永磁機至調節柜，調節柜至交流勵磁機的電纜進行了直流電阻、交流耐壓試驗，合格，3月4日開機后檢查了永磁機的電壓波形及勵磁調節器輸出電壓波形完整，不存在掉波頭的情形。而唯一的收獲就是3月31日和4月20日無功反常波動時副勵碳刷打火，由于時間持續短，幾分鐘后又勵磁調節自動恢復正常。因此把查找故障的注意力集中到了副勵碳刷上，正常運行時我們測得副勵E、F環碳刷電流分配良好，接觸電壓只有1 V，為了捕捉到勵磁波動時副勵碳刷的接觸電壓，做了一個專用碳刷接好萬用表筆，當5月16日13#機無功波動時成功測得副勵F環4個碳刷中有2個碳刷沒電流，一個有42 A，一個有18 A，副勵碳刷接觸電壓有4~6 V左右，通過ECS歷史曲線分析，勵磁波動前調節柜的輸出電壓26 V左右，勵磁波動后調節柜輸出電壓31 V左右，升高的電壓5 V與副勵碳刷的接觸電壓值4~6 V相同，經過調整后電流分配正常，無功波動消失。經過4個月的追蹤，檢查分析終于找到了勵磁波動引起無功反向調節的原因：副勵碳刷在運行過程偶爾電流分配不均轉移到個別碳刷上接觸電阻增大造成接觸電壓增大引起的。

從現場運行經驗看造成碳刷接觸電壓增大的原因分析：（1）碳刷卡阻，運行一段時間后，碳刷與滑環的接觸面因刷體逐漸磨損而逐漸分離，造成該碳刷所分擔的勵磁電流為零，致使其他碳刷工作電流增大，發熱嚴重。（2）碳刷跳動，打火滑環螺旋溝內積聚灰塵、碳刷末在碳刷與滑環之間形成接觸氣膜、滑環的圓度、同心度不佳，碳刷與滑環表面接觸不佳，滑環表面因電腐蝕出現凹坑，表面光潔度變差都會使碳刷與滑環接觸不良。（3）恒壓彈簧壓力過小，碳刷和滑環表面接觸不穩定，容易引起電弧、壓力過大，刷面的硬粒對滑環表面刮割嚴重。因此彈簧的壓力要適中。碳刷本身的電阻，不同批次的混合使用，其電阻系數不一樣，運行中會造成碳刷溫升不同，導致碳刷電流分配不均。不僅個別電流超標，而且磨損增大。刷架、刷握中心線不完全垂直于滑環圓周切面，傾斜造成碳刷接觸不良、彈簧壓力不一致。刷握與滑環表面距離不一致，碳刷有效接觸面有差別，刷架周邊有毛刺不光滑，易掛碳粉和粉塵，這都會造成碳刷電流偏差增大。

3　采取的對策

為了消除因碳刷接觸電壓高引起的無功反向調節，確保機組的安全運行，采取以下措施確保碳刷穩定運行：

運行檢查：加強定期與不定期的設備巡回檢查制度，正常情況下，每4個小時必須對發電機碳刷檢查一次，測量滑環和碳刷的溫度，其溫度不超過120℃，測量分流情況，主勵碳刷電流控制在10~100 A，副勵碳刷必須3個有電流,用提刷的方法檢查鑒定碳刷在刷握內上下是否自由活動，發現問題必須檢查原因進行處理；檢查碳刷辮是否完好，是否有脫辮現象，是否有氧化、過熱變色等情況，發現問題必須進行更換。夏季高峰負荷期間以及無功和電壓波動較大時應縮短溫度測量時間間隔，對更換的新碳刷做重點檢查，并做好碳刷電流分布情況記錄。夏季氣溫超過38℃或滑環溫度超過90℃時，必須啟動軸流風機進行輔助冷卻，溫度上升至110℃時，可以采用降低無功的措施進行控制，并通知相關部門進行處理。

更換碳刷：新購進的碳刷發電作業區和設備室、檢修作業區共同驗收，對碳刷的電阻值進行抽檢，比例必須高于20%，阻值要符合制造廠和國家標準（電阻率7.8~18.2Ω·m，聯接電阻≤4 mΩ；每批碳刷需對比各參數與以前使用的碳刷參數一致，質量外觀明顯差異時不能接收）。更換碳刷時必須使用同一廠家、同一型號的碳刷（主勵使用50 mm的碳刷，副勵使用65 mm的碳刷），并且碳刷接觸面應大于碳刷截面的60%，一次集中更換碳刷的數量不得超過單極總數的10%；碳刷彈簧的壓力要統一（主勵彈簧使用1.45 kg，副勵彈簧使用1.75 kg），要使用統一廠家的產品（對于目前正在使用的不同參數碳刷混用應逐步進行更換）。碳刷頂端低于刷握頂端7 mm的碳刷應更換，運行中的碳刷總長度不低于33 mm。

停機整修：利用每次小修停機機會，設備室安排檢查滑環，滑環應表面光潔無變色、無凹凸、無電腐蝕斑痕、盤車轉動時彈刷無明顯伸縮跳動、刷握與滑環間隙2~3 mm、電刷與刷握間隙0.1~0.2 mm，發現問題及時處理；并對滑環通風孔進行清理。設備室制定滑環的橢圓度、平整度檢查標準，利用每次停機小修機會安排檢查滑環的橢圓度、平整度、同心度，發現問題及時處理；對發電機刷握和彈簧尺寸不匹配、刷握變形以及刷握的位置，在停機時安排處理。

經過運行，檢修和技職人員的共同努力，嚴控碳刷進貨質量，規范調整維護碳刷流程，提高運行人員調整更換碳刷的能力，消除了副勵碳刷接觸電壓增大引起勵磁波動造成無功反向調節的隱患，確保了12#機組勵磁系統運行的穩定。

4　結束語

勵磁系統是發電機調節電壓、控制電能指標的重要控制設備，勵磁系統安全穩定運行對發電機和電力系統都有重大影響，通過對12#機勵磁波動引起無功反向調節的問題進行研究與分析，找到了副勵碳刷接觸電壓增大是導致勵磁波動的根本原因，采取控制好恒壓彈簧和碳刷的進貨質量，小修時對刷握、滑環的同心度、光潔度、平整度的維護，提高運行人員巡檢調整維護碳刷的能力等措施，消除了無功反向調節的安全隱患，確保機組和電網的安全運行。

[參考文獻]

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Analysis of Reactive Power Output Fluctuations of Power Generator Unit and Countermeasures

WU Tinghui
(Power Plant of the Mining Company of Pangang Group, Panzhihua, Sichuan 617063, China)

【Abstract】The problem of frequent reverse fluctuation in the reactive power output of the No.12 generator unit of Panzhihua Steel were studied and analyzed. Searching the causes from both inside and outside of the excitation regulating system, it was confirmed that excessive carbon brush contact voltage had caused the problem and effective measures were taken to solve the problem.

【Keywords】reactive power fluctuation; carbon brush; contact voltage

作者簡介：武庭會（1970-），女，2000年畢業于攀鋼黨校經濟管理專業，助理工程師，現從事電氣專業技術工作。

收稿日期：2015－03－23

【中圖分類號】TM714

【文獻標識碼】B

【文章編號】1006-6764(2015)10-0010-03