一種勵磁控制系統整流柜風機電源切換方式的研究

李海清

(廣東粵電靖海發電有限公司，揭陽 515223)

某電廠2號發電機組勵磁控制系統采用的是ABB UNITROL 5000系列自并勵磁控制系統，型號是Q5s-0/U251-s6000。在2006年時出廠生產，于2007年正式調試完成且投入運行，至今已有十余年。該勵磁控制系統配置有5個整流柜，每個整流柜均采用強迫風冷方式[1]。每個整流柜裝有4臺風機，兩兩分為一組，正常運行時為一組運行一組備用，其風機電源采用雙電源切換方式，以保證整流柜冷卻系統的可靠性。整流柜風機主用電源來自機端電源，經熔斷器F15、專用變壓器T16后轉變為220V交流電源，備用電源來自廠用電220V交流電源。兩路風機電源均帶低電壓監視功能，且主備電源的輸出分別由繼電器K15、K16控制。繼電器K15、K16均帶有鎖扣器，能夠進行互相閉鎖及切換，以便實現整流柜風機主備電源的自動切換。

1 事件概況

2016年9月17日，某廠2號發電機按計劃停運檢修。由于2號機勵磁控制系統的4號整流柜第1組風機運行小時數已接近30000小時，按照勵磁控制系統檢修規程，電氣一次班予以更換。4號整流柜第1組風機更換完成后，繼保班人員按規定對2號機勵磁控制系統進行風機切換試驗。試驗過程中，繼保人員用光纖將電腦與控制器A10連接，在操作界面上將繼電器K15、K16釋放后，選擇合上繼電器K15，即使用廠用220V交流電源為整流柜風機供電。聽到繼電器K15吸合聲后，手動啟動4號整流柜第1組風機，未聽到風機啟動聲音，打開柜門查看亦未發現風機啟動，隨即嘗試手動啟動4號整流柜第2組風機，亦未啟動。

2 故障定位與分析

2.1 故障定位

該勵磁控制系統4號整流柜兩組風機均未能可靠啟動，繼保人員便立刻停止了風機電源切換試驗，并對現場勵磁控制系統所有的電源設備進行了詳細檢查。繼保人員首先檢查了整流柜風機的啟動電容及供電回路，均無明顯問題。隨后檢查了該勵磁控制系統控制器的指令下發，亦無明顯問題。最后，繼保人員使用萬用表交流電壓檔，經過逐級檢測，發現風機備用電源空開Q20下端雖已有正常的220V交流電，但5個整流柜的風機電源上端電源，即公共端子排W90不帶電。經過詳細檢查發現，原因是繼電器K15并未吸合。

隨即繼保人員使用電腦對繼電器K15重新進行試驗，發現其雖已接收到動作指令并可靠動作發出聲音，但由于鎖扣器損壞，無法自保持，導致廠用220V交流電未能給整流柜風機提供電源。更換新的鎖扣器后，故障得以解除。

2.2 故障分析

每個風機在工頻交流220V電源的供應下，額定運行電流在1.15A，10個風機同時運行時的總電流為11.5A。由于勵磁小間電磁環境惡劣，且整流柜空間封閉、散熱嚴重不足，再加上勵磁控制系統的長時間運行，導致該鎖扣器因溫度過高而損壞。所幸該故障只是發生在風機切換試驗時，并未造成過大影響。

由于該勵磁控制系統整流柜風機電源采取的是整體切換方式，一旦發生由于溫度過高導致的鎖扣器損壞異常事件，將有可能造成5個整流柜風機電源全部消失，導致發電機組非故障停運，可靠性不高，存在一定的風險和隱患。

3 整流柜風機電源切換方式的改進措施

原系統是通過繼電器K15、K16進行整流柜風機主備電源的整體切換。由于勵磁控制系統電磁環境復雜、發熱嚴重，一旦整體切換不成功，將會造成5個整流柜風機停運，導致機組跳閘。因此，需要研究出一種更可靠的風機電源切換方式，以保證整流柜風機可靠運行。

圖1 整流柜風機電源切換回路

如圖1所示，將每個整流柜風機電源回路的控制權下放至該整流柜內部板卡。每個整流柜都有獨立的電壓檢測回路，當檢測到主電源電壓波動較大，不能很好地滿足風機所要求的交流電壓水平時，整流柜內板卡A01便會靈敏反應，通過控制繼電器K11、K12的切換，實現風機主備電源的切換，使每臺整流柜的風機都能實現單獨切換，更有利于風機的維護[4]。

同時，由于發電機正常啟動時，機端電壓水平一般偏低，有可能導致整流柜風機無法正常啟動。在短暫的起勵時間內，風機電源可能會來不及進行主備電源切換，導致勵磁控制系統無法正常起勵。遂通過更改邏輯，使廠用交流電源為風機主電源，機端電源為備用電源，更有利于勵磁控制系統正常起勵。

相比整體切換方式，整流柜風機電源的單獨切換方式有諸多優點：一是靈活變通，能存在兩種電源同時供給不同整流柜風機運行的可能；二是機組停運風險降低，可靠性大大提高，即使某個整流柜電源切換未成功，最嚴重也是造成該柜閉鎖退出運行，不會造成故障切機事件，避免了原UNITROL 5000勵磁控制系統中一旦切換回路故障便會導致整個風機系統無法正常工作的問題；三是風機主用電源為廠用交流電，機組正常啟動期間，更加可靠穩定。

4 風機電源試驗

為驗證此次風機電源切換方式改進措施的正確性，需對其進行系統性試驗。

4.1 電源檢查

使用萬用表交流電壓檔，對其主備電源進行電壓測試。可以看出，該風機主備電源電壓誤差均低于±5%，滿足要求。

4.2 切換試驗

模擬任意一個整流柜的主風機故障停運，此時該整流柜立刻發出報警，并進行風機切換，使該整流柜風機系統運行正常，其余整流柜一切正常；模擬任意一個整流柜的主電源電壓低或失電故障，此時該整流柜立刻發出報警，并進行電源切換，使該整流柜風機正常運行，其余整流柜一切正常。

5 結論

勵磁控制系統由于其復雜性、精密性，是電廠中故障事件較多、維護難度系數較高的設備，需要繼保人員精心維護。本文從勵磁控制系統的整流柜風機電源回路出發，認真研究并分析某電廠風機電源切換試驗時出現的異常故障，找出其故障的具體原因，設計改進方案，使其在可靠性得以提高，并加以試驗進行驗證。該研究有效提高了勵磁控制系統整流柜風機電源切換的可靠性，防止了切換不成功事件的再次發生，使發電機組更加穩定運行，有很強的參考價值和實用意義。