UNITROL 5000勵磁系統常見問題分析

李西良

（廣東粵電靖海發電有限公司，廣東揭陽515223）

0 引言

UNITROL 5000是瑞士ABB公司于1998年推出的數字式同步發電機靜止勵磁系統，為UNITROL系列的第五代勵磁系統，由勵磁調節柜、功率整流柜、滅磁開關柜、交流封母柜、直流封母柜等組成。UNITROL 5000勵磁系統具有響應速度快、調節性能好、可控硅整流橋智能化均流、低殘壓快速起勵等特點，但其在使用過程中也出現了一些問題，比如電源故障、通信失敗等，這些故障影響了機組的安全穩定運行。

1 電源故障

1.1 事件經過

某發電廠#2機組檢修結束啟機并網后勵磁系統報出5條告警：（1）“089 Aux.AC fail141”（交流電源故障）；（2）“094 Start-up blkd extern 146”（外部閉鎖起勵）；

（3）“115 Cooling Alarm 189”（整流橋冷卻系統報警）；

（4）“122 Converter 2 162”（整流橋2）；

（5）“145 FAN SHUNT SUPPLY FAILURE 211”（風機機端供電失效）。

同時檢查發現：

（1）穩壓電源-G05不在工作狀態；

（2）風機電源切換繼電器動作，供電方式由原來的機端電源供電（K16繼電器動作）更改為#2機汽機段3MCC段供電（K15繼電器動作）；

（3）機端電源變-T05及機端風機變-T16低壓側均無電壓；（4）調節柜內所有空開均在合閘位置；

（5）風機機端電源電壓監控繼電器顯示電壓值為0 V；（6）#2整流柜內風機由主風機切換至備用風機，該柜內兩組風機電源開關-Q11與-Q12均在合閘位置；

（7）#1、#3、#4、#5整流柜內風機均為主風機工作；

（8）勵磁系統工作電源供電方式由原來的機端電源供電切換至#2機直流系統供電。

1.2 原因分析

如圖1所示，在正常狀態下，勵磁系統工作電源及整流柜風機工作電源均由機端供電，取自勵磁變低壓側AB相（830 V），經熔斷器-F15（額定電流20 A）后，分兩路分別接機端電源變-T05（變比830/160）及機端風機變-T16（變比830/230），機端電源變-T05低壓側經-Q05（額定電流10 A）接至電源模塊-G05（輸出24 V）；機端風機變-T16低壓側經Q21（額定電流10 A）接至#1～#5整流柜，柜內分別經-Q11（額定電流4 A）、-Q12（額定電流4 A）接至Ⅰ、Ⅱ組冷卻風機接觸器。

圖1 勵磁系統供電方式示意圖

現在機端電源變-T05及機端風機變-T16低壓側均無電壓，最大可能性為熔斷器-F15熔斷，導致機端供電方式失效。第二個可能性為-T05及-T16均有故障，由于兩臺變壓器同時故障的可能性極小，同時目視檢查變壓器外觀并無明顯變化，可以基本排除此種可能性。

機端電源供電方式失效后，穩壓電源-G05由于失去輸入電源無法工作；冷卻風機電源切換至#2機汽機段3MCC段供電；勵磁系統工作電源切換至#2機直流系統供電。熔斷器-F15熔斷的原因可能是熔芯本身質量老化或回路短路。由于#2機組運行，勵磁系統在工作狀態無法進一步進行檢查。

1.3 處理過程及結果

（1）測量濾波模塊-Z05、電源模塊-G05的電源輸入回路直阻、對地絕緣電阻均正常。

（2）電源變壓器-T05、-T16檢查亦正常。

（3）切換繼電器-K16檢查：線圈直阻、絕緣電阻正常，底座完好，但接點接觸電阻過大（十幾歐左右，正常為0.15 Ω左右）。處理結果：更換該繼電器。

（4）熔斷器-F15熔芯檢查：熔斷器-F15為兩極，有一根熔芯熔斷。

對機端電源各元器件及其回路檢查無異常后，更換熔斷器-F15故障熔芯，聯系運行對機端電源回路送上熔斷器-F15，檢測電源變壓器-T05、-T16工作正常，然后再送上電源開關-Q05、-Q21，勵磁裝置報警消失，#2發電機勵磁系統恢復正常工作。UN5000勵磁系統ARCNET布纜方式為總線型，總線結構與Ethernet細纜方式相類似，設備與總線的聯接通過T型聯接器，該聯接器頂部與電纜相連，底部與網卡相連，電纜兩端必須用93Ω的電阻終結，只要有一個節點故障，都會造成內部通信重組。

UN5000勵磁系統內部按節點減小的順序進行節點信號傳輸，其物理結構圖如圖2所示。

1.4 防范措施

圖2 ARCNET物理結構圖

（1）檢修嚴把質量，按照有關規程做相應試驗；

（2）定期檢查保險、電源模塊等易損件并更換；

（3）充分備足備品備件。

2 ARCNET現場總線故障

2.1 事件經過

2015-03-30T23：06，#2機組跳閘，檢查發現機組跳閘首出原因為“勵磁系統故障跳閘”動作。就地檢查勵磁系統，一次設備（勵磁變和硅整流裝置）無明顯異常，勵磁系統#1整流橋至#5整流橋發出故障報警，同時發出“ARCNET通信節點失靈”報警，勵磁系統發出“F43”整流橋故障，勵磁系統保護動作，直接退出運行，導致機組保護動作跳閘。

2.2 原因分析

2.2.1 故障信息

勵磁系統#1整流橋至#5整流橋發出故障報警，同時發出“ARCNET通信節點失靈”報警，勵磁系統發出“F43”整流橋故障，勵磁系統保護動作，直接退出運行，機組跳閘。

檢查勵磁系統參數設定，“整流橋一段報警”設定值為退出1個整流橋，參數“928=1”，“整流橋二段報警”設定值為退出2個整流橋，參數“929=2”。當勵磁系統退出3個整流橋時，勵磁系統保護動作，發出“F43”整流橋故障信號。勵磁系統在23：06：31.6000時，即勵磁系統跳閘后0.22 s，勵磁系統檢測到1#整流橋至#5整流橋故障消失，報警自動恢復。

2.2.2 故障原因分析

（1）分析#2機勵磁系統故障信息，認為出現此類情況有兩種原因：

1）勵磁系統供給#1整流橋至#5整流橋的24 V直流電源出現閃斷情況，造成5個整流橋的CIN板卡電源掉電，整流橋閉鎖退出運行，勵磁系統故障退出；

2）勵磁系統ARCNET通信故障，造成勵磁系統內部通信重組，勵磁系統故障退出。

（2）現場檢查及故障分析：

1）針對故障原因1，現場模擬24 V DC電源總線掉電，勵磁系統運行在自動運行方式，斷掉所有整流橋的24 V DC電源，勵磁系統發出#1整流橋至#5整流橋故障，同時發出“ARCNET通信節點失靈”報警，勵磁系統發出“F43”故障退出；通過檢查#1整流橋至#5整流橋24 V DC電源總線結構，如果是電源故障，則會是#1整流橋至#5整流橋全部退出，和此次故障報警相符，但現場檢查發現電源都正常。

2）針對故障原因2進行分析。ARCNET是Data point公司1977年開發成功的一種局域網，使用的通信線包括同軸電纜、雙絞線以及光纖，這種網絡使用的媒體訪問法為令牌總線。

現場故障模擬：分別單獨拔出通道1、通道2、LCP面板、終端電阻、UA C096板卡、#1整流橋CIN板、#2整流橋CIN板、#3整流橋CIN板、#4整流橋CIN板、#5整流橋CIN板的同軸電纜接頭，檢查勵磁系統報警：通道1和通道2拔除，勵磁系統報“F55”；拔除LCP面板，勵磁系統報“147”LCP node fail；拔除UA C096板卡，勵磁系統報“A195”ARCNET node fail及整流橋#1至#5報警，與故障信息一致；拔除#5整流橋CIN板時，勵磁系統報“A195”ARCNET node fail及整流橋“165”+Converter 5。

通過上述模擬實驗，判斷為ARCNET通信故障，是由現場總線耦合器（UA C096）引起的。因為該套設備運行快十年了，為保證設備穩定，更換了ARCNET上所有元件，之后機組并網。目前勵磁系統穩定運行，未發生任何報警和故障。

2.3 防范措施

根據檢查及測試情況，現場處理措施如下：

（1）加強設備巡檢，利用停機機會對另一臺機組勵磁系統ARCNET通信相關板卡、通信線進行更換；

（2）在#2發電機空載狀態下對勵磁系統進行空載試驗，測試結果勵磁系統正常；

（3）為徹底杜絕該類故障的發生，將1、2號發電機勵磁系統升級為UNITROL 6000，優化數據傳輸模式，將由同軸電纜實現的總線控制模式升級為通過光纖實現的點對點通信模式，單個通信接點發生故障不會引起整個勵磁系統通信故障從而導致跳機。

3 結語

通過對UNITROL 5000勵磁系統上述案例發生原因的分析，可以得知UNITROL 5000勵磁系統設計精密且結構復雜，這就要求維護工作應嚴格按標準執行。文中提出的相應優化措施，可使勵磁系統更加穩定可靠，從而保證機組安全穩定運行，希望能給大家一點啟發。

[1]孟凡超，吳龍.發電機勵磁技術問答及事故分析[M].北京：中國電力出版社，2010.

[2]大型汽輪發電機勵磁系統技術條件：DL/T 843—2010[S].