發電機自動勵磁調節外部控制回路存在問題的診斷與解決

摘 要：某電廠3號發電機因“失磁保護”動作跳閘，引起機組非計劃停運，經過艱難的分析與診斷，最終才確認“失磁保護”動作的原因，及時將故障排除，很好地詮釋了“四不放過”原則，消除了影響機組安全穩定運行的隱患，為機組再次啟動并網后的長周期運行奠定了基礎。

關鍵詞：自動勵磁調節外部控制回路；AVR外部跳閘指令；“失磁保護”動作跳閘；抗干擾能力

1 概述

某電廠3號發電機是東方電機廠生產的QFSN-300-2-20型汽輪發電機。勵磁系統采用靜止半導體它勵方式，即發電機的勵磁電流由同軸交流主勵磁機發出的100Hz交流電經靜止硅整流裝置整流后供給，主勵磁機的勵磁電流由同軸副勵磁機（永磁機）發出的400Hz交流電經可控硅整流后供給（勵磁系統簡圖見圖1）。自動勵磁調節器（AVR）采用上海發電設備成套設計研究所提供的ABBUNITROL F型，2007年投運。

圖1 3號發電機勵磁系統簡圖

2 事件經過

事件發生前機組運行工況：3號機組A、B、C、D磨煤機運行，E磨煤機備用；鍋爐汽動給水泵自動調節運行正常，電泵備用；脫硫、脫硝、電除塵系統運行正常；3號高廠變帶6kV 3A、3B段運行正常，02號啟動變備用。

機組主要熱力參數：主汽壓力16.5MPa、主汽溫度540℃；再熱汽壓力3.43MPa、再熱汽溫度533℃；爐膛負壓-0.07kPa；總煤量130t/h，一次風壓8.4kPa。

主要電氣設備運行參數：3號發電機有功270MW、無功113MVAR、3號發電機轉子電壓346V、轉子電流1764A；副勵磁機電壓199V、主勵磁機電流95A；主勵轉子電壓49V；6kV母線電壓6.2kV；380V母線電壓393V。

3號機組正常運行中突然發“失磁保護跳閘”、“3號故障錄波器啟動”報警信號，3號發電機跳閘，汽輪機跳閘、鍋爐MFT；主再熱汽門關閉，調速汽門、各段抽汽逆止門、高排逆止門關閉；汽輪機轉速開始下降；3號機組6kV廠用電自動切換成功；3號機組轉速到0后，盤車自動投入；3號爐脫硫、脫硝系統按規定停運；其它操作按機組停運后相關要求執行。

3 檢查與診斷

3.1 發電機故障錄波記錄情況

開關量：17時36分29秒200.33ms，Q02開關（勵磁調節器出口開關）斷開。Q02開關斷開377.9ms后，勵磁自動調節裝置（AVR）退出運行，3768.9ms后3號機失磁保護動作，5140ms后Q7開關（發電機滅磁開關）斷開，5186.3ms后首223開關（3號發電機主開關）斷開。

模擬量：Q02開關斷開前3號發電機、主勵磁機、廠用6kV及380V系統電氣量均正常；3號機直流110V兩組控制電源電壓全部正常。

3.2 發變組保護動作情況

發變組“失磁保護”動作出口跳閘。

3.3 停機后的檢查情況

停機以后，對3號發電機勵磁調節器柜內設備檢查，未發現二次接線有絕緣損壞、發熱、異味等現象；對發電機“出口開關”及輔助接點檢查，未發現異常；對發電機“滅磁開關”及輔助接點檢查，也未發現異常。

對發電機自動勵磁調節器進行檢查，通過后臺維護系統調取勵磁調節器記錄，有AVR外部跳閘令“User event 1”存在。另外根據勵磁調節器軟件邏輯分析，如果為Q02開關偷跳（沒有外部跳閘指令），勵磁系統將會發出“低勵限制器動作”報警，如果限制不成功將自動切換至另一臺調節器運行，調取記錄檢查未發現有“低勵限制動作”報警，也未發現調節器切換記錄，因此排除Q02開關偷跳的可能，可以判斷Q02開關斷開是由于接到外部跳閘指令導致。

AVR外部跳閘指令是由K02繼電器動作引起的，能引起K02動作的只有兩個量：發電機“出口開關”斷開或發電機“滅磁開關”斷開；從故障錄波記錄可以定性發電機“出口開關”和發電機“滅磁開關”的斷開是在Q02開關斷開之后，是由發電機失磁保護動作引發的，因此排除外部跳閘指令是由發電機“出口開關”斷開或發電機“滅磁開關”斷開引起的。因此，將檢查重點放在K02繼電器動作原因上：檢查K02繼電器回路絕緣正常（1000V搖表測試大于50兆歐）；現場模擬K02繼電器控制回路直流接地，K02繼電器沒有動作，排除直流系統故障引起K02繼電器動作。測試K02繼電器啟動功率為0.348W，功率較小，易受干擾。通過廠家了解，K02繼電器受到外部干擾動作已不是第一次，截止目前，他們已經處理了多臺同類問題機組，目前新型的勵磁系統K02繼電器已全部采用大功率中間繼電器（啟動功率大于5W）。因此，分析認為K02繼電器動作的原因為啟動功率小，抗干擾能力差，受到干擾引起誤動，進而造成Q02開關跳閘，發電機失磁，失磁保護動作跳閘。

4 原因確定

根據發變組故障錄波圖、發變組保護動作報告和停機后檢查情況分析認為：3號發電機勵磁調節器出口開關Q02跳閘，是引起3號發電機失磁保護動作的直接原因。勵磁調節器外部跳閘繼電器K02受到外部回路干擾引起誤動，進而造成勵磁調節器出口開關Q02跳閘，機組失磁，機組失磁保護動作跳閘。

5 暴露問題

通過此次事件，暴露出諸多問題：調節器生產廠家設計方面：調節器控制回路設計存在缺陷，K02繼電器抗干擾能力差；勵磁回路無故障監視功能。設備管理方面：技術管理人員技能水平不高，對設備特性掌握不夠，過分信賴生產廠家的設計，不能及時發現設計方面存在的問題，更談不上及時與廠家技術人員溝通，消除隱患；防止機組非計劃停運的技術措施落實不到位，專業技術管理人員對設備可能存在的薄弱點和薄弱環節不清楚，對可能引起機組跳閘設備運行狀況重視程度不夠；電廠的設備管理體系可能存在問題，專業技術管理人員被迫沉浸在繁重冗雜的具體無效事務之中，沒有機會外出交流學習、開闊眼界，也不能抽出必要時間了解專業技術的發展情況。

6 采取的防范措施

6.1 增加K02繼電器抗干擾能力

在勵磁調節器外部跳閘繼電器K02上并聯增加一個大功率K02′繼電器，新增繼電器K02′采用南瑞NR0521B繼電器，該啟動功率大于7W，增加外部跳閘回路抗干擾能力。因南瑞NR0521B繼電器只有兩組接點，不能滿足現場3組接點需要，所以實施并聯，并聯后測試動作功率：K02繼電器啟動功率為5.4W，K02′啟動功率為7.2W，滿足要求，另外測試動作電壓值滿足國標要求，可以保證可靠動作。

6.2 增加外部繼電器K02、K02′動作監視回路

為加強外部跳閘繼電器的動作監視，將兩個外部跳閘繼電器K02、K02′的備用接點引入故障錄波器進行監控，為今后的AVR故障跳閘的分析提供便利。

6.3 改進設備管理體系不足，強化設備技術管理

電廠已充分認識到設備管理機制上存在的不足，最大限度把專業技術管理人員從繁重冗雜的具體無效事務之中解放出來，與專業無關的事不干或少干，使他們能夠專心致志于其職責范圍內的技術管理工作。具體做法是：除罷專業技術專題會，無關緊要的會議不開或者少開；無關緊要的報表不要或少要；鼓勵各種專業技術管理人員積極參加相應的各種專業技術學習班、研討會，加強交流學習，開闊視野，提高專業技術水平。

各級專業技術管理人員要加強自身技術修養，抓住一切機會，積極參加各種專業技術學習班、研討會，不斷學習專業技術知識，勤奮好學，不恥下問；盡心盡責，勤勤懇懇，不斷提高對自己管轄設備的了解程度，掌握設備的健康水平，認真組織、全方位開展設備隱患排查治理工作，切實解決設備存在的隱性問題；敏于行動，勤于思考，及時發現設備設計過程中存在的隱患，及時與廠家技術人員溝通，并及早制定相應的防范措施，防患于未然。

結束語

事件發生后，立即在勵磁調節器外部跳閘繼電器K02上并聯增加一個大功率K02′繼電器；增加外部繼電器K02、K02′動作監視回路，3號機組重新啟動并網，一直運行良好，6個月后，因調度命令，停機備用。實踐證明，發電機勵磁調節回路設計時存在的問題得到了徹底解決。

參考文獻

[1]GB/T 14285-2006 繼電保護和安全自動裝置技術規程.

[2]DL/T 843-2010 大型汽輪發電機勵磁系統技術條件.

作者簡介：喬樂俠（1964，05-），男，漢族，工程師，大唐洛陽首陽山發電有限責任公司原副總工程師兼發電部長，主要從事發電廠集控運行管理工作。