發電機勵磁調節器通道故障及在線處理

何欣然

（西安交通大學電氣75班，陜西西安 710049）

引言

某能源廠有2 臺N15-4.30 型15 MW 凝汽式汽輪發電機組（編號1#、2#），其發電機為QFW-15-2A型，勵磁機由一臺主勵磁機和一臺副勵磁機組成，其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TFY2.85-3000C 單相永磁發電機，其系統見圖1。

圖1 15 MW凝汽式汽輪發電機勵磁系統示意圖

自動電壓調節器采用DVR-2000B 微機勵磁調節器，工作在主、備用方式。主通道工作，副通道作為熱備用跟蹤工作通道，并能進行無擾動切換。

1 故障發生

2019 年4 月24 日2#汽輪發電機組在8 h 定修結束后，16：25正常啟動，17：05發電機并網，微機勵磁調節器B通道（主）運行，A通道（副）跟蹤。

機組運行至19：00 左右，DVR-2000B 微機勵磁控制柜里的微機勵磁調節器A 通道上的“通道故障”紅燈亮，發電機后臺電腦報“2#發電機保護測控屏-發電機差動保護單元-CHA 故障”。當班人員在檢查發電機，確認系統運行正常后，按“RST”復位鍵，該報警消除。20：00 左右微機勵磁調節器A、B通道均報“通道故障”，后臺電腦也報“CHA、CHB 故障”無法復位。詳見圖2。

圖2 監控電腦故障信息

2 故障臨時處理

當班職工檢查發電機、主副勵磁機及輔機工作無異常；檢查微機勵磁調節器各部件及接線，無松動、變色現象；觀察勵磁調節器表計，檢查機端三相電壓平均值UG1、定子三相電流平均值IG1、勵磁電流IFD、手動PID 的給定參考電流IFR、自動PID 的給定參考電壓VGR、觸發角ARF 等未發現異常；操作通道選擇開關，由自動切換成手動；操作減磁/增磁開關，增減磁功能正常；當班人員經過上述排查，確認發電機勵磁系統尚可維持運行，但通道報警無法消除。

為減少該報警音對值班員監控機組的干擾，運行人員將微機勵磁調節器A、B 通道菜單中的“保護投退”欄中的“自檢故障”由“投入”改為“退出”，A、B通道的“通道故障”紅燈滅，DVR 勵磁裝置兩通道退出自檢，備用通道A 恢復跟蹤備用功能。此時如遇電力系統異常，裝置仍可以正常動作起到保護作用。但由于退出自檢，裝置自身異常無法及時發現，一旦裝置自身故障擴大，主副勵磁調節器都不能正常工作，將會使發電機有失磁危險。為了查找故障原因，及時消除發電生產安全隱患，仍需對調節器做進一步排查。

3 故障排查

3.1 測量1#機與2#機勵磁裝置的對地電壓，據此參考分析現場主副勵磁調節器屏蔽、電源品質、裝置絕緣狀況

考慮到該勵磁裝置在線運行，故障排查只能在不影響生產的情況下按先易后難的原則進行。因為1#機與2#機在完全相同的環境下工作，1#機勵磁裝置工作正常，2#機發生通道故障報警，故障排查最簡單的方法是對兩機組勵磁裝置做個對比，找出明顯偏差點。遂決定先對1#機與2#機的勵磁裝置進行一些輔助測量工作，以便對比分析。考慮到絕緣搖表沒有萬用表好控制，為避免絕緣搖表過電壓，會使裝置損壞，決定采用萬用表電壓檢測法，測量1#機與2#機勵磁裝置的對地電壓(見表1)，通過對比相同環境下1#機與2#機勵磁裝置的對地電壓數值，據此參考分析現場主副勵磁調節器屏蔽、電源品質、裝置絕緣狀況。

表1 1#機與2#機勵磁裝置的對地電壓

從檢測數據看，1#機和2#機勵磁裝置的對地電壓數值沒有明顯偏差，沒能發現2#機勵磁調節器故障的可疑原因。

3.2 過去常見故障點排查

該機組自2007 年投產以來，勵磁裝置運行穩定，只出現過兩次因5 V 電源模塊輸出電壓降低CPU工作失常而更換電源模塊的情況。

2#機DVR2000B 勵磁裝置最近一次精度校驗是2017 年1 月，當時的精度校驗合格，未進行模塊更換。經過對副勵磁調節器（A）故障信息進一步檢查，發現“故障追憶”CAN 通訊故障顯示5 V 電壓為4.73 V，“測量顯示”參數中顯示副調節器的5 V、12 V工作電壓均正常。

勵磁調節裝置自檢是高頻運行，若5V電壓有瞬時偏低，而測量顯示是有效值，不能反映瞬時異常。

裝置設置的電壓報警限是±5%，可能存在電源劣化，5 V 電壓低于報警限發生故障報警，5 V 電源主要是主機板CPU 與通訊工作電壓，4 V 能滿足CPU正常運行。

2019 年5 月16 日，再次對2#機勵磁系統進行在線檢查5 V 工作電壓，5 V 電壓波形穩定，最高5.4 V、最低4.6 V，排除調節器電源電壓紊亂故障。

3.3 對2#機勵磁系統信號電纜的屏蔽接地檢查

2#機DVR2000B 勵磁系統信號使用屏蔽線，一點接地完好。

3.4 副勵磁調節器檢查

2#機DVR2000B 勵磁裝置報CAN、CAB 通訊故障，是副勵磁調節器（通道A）首發，決定先在線檢查副勵磁調節器。

檢查CAN 通訊信號：CAN 通訊是主副勵磁調節器之間通過現場總線CAN-BUS 進行連接，實現數據共享和協調控制。根據CAN 總線差分信號工作原理，當顯性（0）時，CAN-H 是高電平，CAN-L 是低電平，兩者之差約為2.5 V；當隱性（1）時，CAN-H與CAN-L 電平一致,差值為0 V。通過測量副調節器CAN 通訊波形，發現通訊波形紊亂沒顯示出此特性，而且高電平有效值0.8 V，CAN-H 與CAN-L 最大差值約為1.6 V，不符合CAN通信工作特性。

對比1#發電機勵磁調節器通訊信號檢查，1#機CAN通訊的正常波形。

故障排查結論：根據故障報警首發信息及在線檢測分析，確認2#機勵磁系統CAN通訊異常。

4 故障處理

由于通訊單元集成在勵磁調節器主機板（CPU板），為了不影響機組生產運行，決定在線更換副調節器主機板,分以下幾個步驟進行。

4.1 在線更換2#機勵磁副調節器的主機板及電源卡

(1)將主副調節器聯鎖解耦。

(2)切斷副調節器電源板電源。

(3)更換主機板，恢復接線端子排。

(4)電源板上電檢查。更換主機板后，副調節器上電，將裝置自檢投入后，通道故障未發生報警，對CAN通訊檢查，波形與1#機組類似，CAN-H與CANL最大差值約為2.8 V。

（5）對更換主機板的副調節器進行參數設置和調整。

（6）更換電源卡。在精度調整時發現12 V電源電壓偏低（11.16 V），于是在參數調整完成后將電源Ι更換，12 V電源顯示正常。

4.2 主副通道互切，驗證其可切換性

6月13日做在線手動切換試驗，切換正常。

4.3 后續跟蹤驗證

該裝置曾于2017年返廠校驗，2年的校驗周期已滿，2019 年9 月24 日機組停機檢修時，將調節器下線，進行測控參數精度校驗，精度校驗合格。

5 在線故障處理注意事項

（1）正確使用工器具，防止副調節器功率單元信號和強電線路短路或接地，造成勵磁系統故障擴大，導致機組停機。

（2）檢修更換電源板時先確認電源開關處于斷開位置，防止調節器發生誤上電。

（3）主運行調節器檢查前，必須先手動在線切換，退出主運行。切換時主副調節器須滿足觸發角、UGR、IFR三條件一致。

（4）調節器設置有顯示參數精度調整，新老主機板對12 V 電壓信號的測量精度調整的偏差會導致出現顯示不一致現象。

（5）當勵磁系統信號測量偏差過大，會影響裝置自動控制精度，導致裝置發生誤報警，從而影響生產的正常運行。定期進行標準信號校驗，可以消除測量誤差，從測量信號的漂移量反映出設備劣化程度，從而科學安排備件及檢修間隔周期，保證設備處于良好狀態。

6 結束語

發電機組微機勵磁調節器專業技術含量高，涉及通訊、集成電路和計算機芯片等技術，電廠運行人員一般只會對其進行操作和做簡單的故障現象描述，本文提供了一個微機勵磁調節器在線故障排查及處理的良好案例，有利于提高電廠運行人員對微機勵磁調節器突發故障報警時的異常處置能力。