600 MW發電機組勵磁系統故障分析

李虎城

（浙江華業電力工程股份有限公司，浙江寧波 315800）

我國電力建設事業不斷發展，目前國家電力系統已正式步入大電網、高壓、大機組階段。現階段，大容量、高參數熱點機組發電機主要以同步發電機為例，勵磁系統則是以同步發電機為重要構成部分。大容量機組自身操作穩定性對安全運行有直接影響，勵磁系統是發電機穩定性主要影響因素，不僅能夠對發電機組實施無功率電壓調節，同時也能夠為電網安全性提供有力保障。

1 600 MW機組勵磁變故障診斷

1.1 故障現象

（1）發電機轉子過電壓故障。

此故障主要表現在合閘過程中，按下合閘按鈕后，出現轉子過電壓報警現象。根據顯示的報警碼，檢查轉子回路故障后，根據檢查波形，判斷勵磁開關橋式整流器輸入、輸出回路正常，檢查轉子回路及繞組，接線及絕緣電阻無異常現象。經過檢查、更換和測試電路板之間的導線，上述故障仍然存在[1]。

（2）勵磁電壓突變。

針對勵磁電壓突變，在相對較慢的限制函數下，對發電機的無效電力發生器沒有起到限制性作用，為了有效減少上述故障的保護和損失，應對低激勵限制采用調整措施。增加值，實現對無功功率降低問題的限制，具有較好的穩定性，但是效果慢；利用無功功率閉環的方式調整低激勵限制動作開關，在上述調整過程中，需要參照無功功率將上述數值調整為正常。

（3）瞬時過電流激發故障。

瞬時過電流激發故障原因主要為電弧現象導致短路，表現為機械的末端接地而逐漸消耗故障的能量。通過高速短路保護功能，可以保護內部短路、整流輸出短路、發電機三相或單相短路的瞬變過程。由于脈沖丟失，整流柜發生異常，保險絲和冷卻系統正常工作，主要是因為發生脈沖損失接口板整流橋整流柜和糾錯板斷面等現象，導致通信故障[2]。

1.2 勵磁系統故障原因分析

（1）設備質量問題。

發電機勵磁碳刷由于生產廠家不同，質量差別較大，表現為碳刷雜質和顆粒不均勻，增加了運轉過程摩擦產生火花的概率。如果碳刷與滑環間存在縫隙，造成碳刷接觸不良等問題，影響勵磁碳刷電流均勻性，甚至可能導致電流較大的碳刷高溫燒損。

（2）維護檢查工作。

在檢查過程中，轉子和電纜輸出的扭轉出現問題，產生轉子電位和激勵電源方向相反的情況，勵磁失敗概率變高。上述問題影響勵磁裝置的電源和發電機的勵磁電壓和變壓器整流等穩定運行，降低發電機的運行效率。主要是因為勵磁繞組過載保護根據逆時間動作基準響應勵磁繞組的平均加熱狀態，調整發電機轉子過載能力缺陷[3]。設置在高壓或低壓側的勵磁變壓器，主電路發生故障時，長時間的延遲導致發電機轉子的絕緣電阻，降低了轉子對接地保護的響應速度，轉子的接地電阻判定接地條件時，主電路的短路故障無法起到保護作用。主要表現為發出警報信號、切換頻道、跳過勵磁開關等故障現象，需要維護人員到現場記錄故障代碼[4]。

2 實例概述

某發電企業擁有600 MW國產超臨界機組2臺，發電機為上海汽輪機有限公司所生產，型號為QFSN-600-2，配備ABB公司生產的自并勵靜態勵磁系統，型號為Unitro5000，勵磁變為特變電工公司所生產，型號為DB98H，以強制風冷為主要冷卻方式，溫度達到130 ℃時自動報警，當電流為191/4 430 A時，額定電壓為2 000/880 V，短路阻抗為5.8%，最高溫度為80 ℃，絕緣等級為F級。

故障前，2號機組正常運行，500 kV系統主變開關5021、二系聯絡開關5022處于合閘位置，機組有功負荷423 MW，無功負荷為28 MW，機端電流為12 157/12 241/12 268 A，機端電壓20/19.98/19.98 kV，勵磁電流為2 470 A。

事故發生當天11:00，集控室事故喇叭轟鳴，500 kV系統主變開關5021、二聯聯絡開關5022跳閘，汽機跳閘，鍋爐MFT保護動作，ETS第一信號為“發變組主保護”，勵磁開關跳閘，發變組差動保護動作，機組勵磁變保護裝置有“差動保護動作”出口，6 kV廠用電三段開關切換成功。立即確認#2機高中壓主氣門、調節門、抽氣逆止門關閉，機組轉速下降。檢查#2機主機輔助油泵、盤車頂軸油泵啟動成功，潤滑油壓正常。同時，現場檢查人員報告2號勵磁變區域濃煙彌漫，勵磁變外罩、高壓側密封母線、高壓側CT嚴重損壞，2號發電機液體檢測裝置無積水、積油，發電機、主變及兩臺廠用高壓變壓器外觀無明顯異常。檢查電子室各保護動作信號，#2勵磁變A、B、C相比例差動動作、差動速斷動作，#2主變A、B、C相比例差動動作、差動速斷動作。變壓器外護罩幾乎全部損毀，變壓器本體熏黑嚴重，高壓進線封母和變壓器之間的膨脹節及連接銅絞線基本燒毀，高壓側的三相CT崩裂，高壓側CT與高壓繞組的連接軟銅線全部燒斷。但是#2勵磁變低壓側外觀基本完好，高壓側CT的二次接線連接牢固，除表面有熏黑外基本完好。本次事故沒有導致人員受傷，也未發現異物造成故障發生的跡象。

3 實例勵磁系統故障原因

經過調查發現，造成勵磁系統故障的原因較多，主要有設備質量、運行維護不當、勵磁變壓器保護誤動以及設備質量工藝等問題。部分工作設備不是常規制造商制造，導致勵磁碳刷的質量不同，例如碳刷中的雜質和不均勻顆粒。發電機滑環與某些刷子接觸不良，導致勵磁碳刷電流分布不均，碳刷電流分布高的容易燒損維護操作。

在發電機勵磁電壓作用下，勵磁變壓器整流器由勵磁裝置的電源供電，必須正確連接勵磁變壓器電路，保證發電機轉速和同步發電機儲存在殘余壓力下通用。已修復裝置以扭轉轉子和電纜進入，轉子電位的方向與勵磁電源的方向相反，通過改變電纜方向或繼續對轉子進行磁化，可以有效提高發電機的運行效率。交感保護元件由于勵磁變壓器通常安裝在高壓側或低壓側，主電路故障可能是一個反應，但延遲一般較長。轉子接地保護對發電機轉子絕緣電阻降低有反應，轉子接地條件可以通過相應方法確定測量轉子接地，該轉子不能保護主電路不受短路。

在AVR調節器裝置出現故障的情況下，將發出一個總的警報信號、換頻道或切斷磁開關等。在勵磁系統檢測中，經常出現“E02”（勵磁瞬態過電流）故障，勵磁瞬時過流是一種快速的短路保持功能，用于保持內部短路、整流輸出短路和同步電機（三相或單相電氣短路）的瞬態過程。勵磁電流高于預設值且延時超過預設值，出現此類故障應檢查整流柜是否有負載波動，未發現整流柜故障，檢查PSI板（主電路信號轉接板）、PSI板、COB板的壓力信號（主控芯片）信號連接。故障發生在控制器插電自檢過程，檢查各整流管斷路器，無異常；檢查電磁場電路，未發現短路情況；檢查PSI板壓力信號以及PSI板與COB板的連接，壓力信號正常，但PSI板和COB板的連接不穩定，取出COB板，重新插入控制器，清除故障。

4 勵磁系統故障處理措施與運行維護建議

勵磁系統包括一系列常規的電氣設備組成，如勵磁變、斷路器、接觸器、風機等，在運行過程中，自診斷功能不斷檢測電控功能，并盡可能監控雙通道系統中備用通道等冗余部件，但保護裝置只能在故障時動作，不能自動監測[5]應定期檢查設備的功能，將冗余部件投入運行，測試其性能。

除定期檢查外，還應進行全面檢查：電子電路和整流橋中空氣循環引起的灰塵積聚；振動導致端子螺絲松動，有高壓大電流在勵磁電路中；絕緣污垢會引起電壓閃絡和嚴重的設備損壞。

定期維護系統可以大幅度降低風險，在運行維護中，在發電機保護配置下勵磁主回路短路，勵磁機保護切除時，勵磁變壓器發生短路故障，可能導致勵磁設備長期大電流損壞，擴大事故范圍。在現有兩級勵磁變壓器過載保護的基礎上，增加一段電流保護，在適當的電流整定和延時條件下，可以快速實現勵磁系統的故障保護，相關部門應當制定統一的內部規章制度和計劃。例如，在電廠實施防止碳刷失效的評估方法，電廠相關人員必須嚴格遵守規章制度開展自身工作。電氣運維人員應當及時檢查勵磁系統的各個設備，發現問題及時采取相應措施[6]。此外，所有面板都屬于集成面板，現場無法進行維修，為保證出現面板高發故障時能夠及時解決，應充足備件。勵磁調節器的板片都是靜電敏感元件，出現板材異常、損壞的原因通常為干擾信號，為了降低影響，應開發磁屏蔽材料。操作環境中的灰塵也是導致電路板損壞的原因之一，干燥環境中帶有大量靜電，對電子元件的運行產生威脅，因此應保證環境清潔，維持適宜的溫度和濕度，維護電子產品安全。

5 結語

綜上所述，勵磁系統對600 MW機組的可靠穩定運行具有重要作用。因此，應對實際運行中容易發生的故障進行診斷和分析，并根據故障表現和原因進行處理和預防，避免類似故障的再次發生，保證發電機勵磁系統的穩定和發電機組的安全穩定運行設置，并我國電力事業可持續健康發展奠定堅實基礎。