EX2100勵磁調節器故障處理

蔡國英(浙江浙能中煤舟山煤電有限責任公司，浙江 舟山 316131)

0 引言

某發電廠兩臺1 030 MW燃煤發電機組，采用美國GE公司制造的EX2100電壓源數字式靜止勵磁系統。GE EX2100是GE公司第三代數字式靜態勵磁系統，輸出勵磁電流，以控制發電機機端電壓。EX2100勵磁系統由控制屏(AVR)、整流屏(SCR)、輔助屏、交流屏、直流屏以及勵磁變壓器組成。

EX2100勵磁調節器配置了三個冗余的控制單元：M1、M2和C，磁調節器為GE公司生產的EX2100控制器，共配置兩個通道，每一通道內還分為自動和手動勵磁控制方式，正常時可在任一通道自動運行，當此通道自動運行出現故障時，自動切換到另一通道自動運行[1]；當另一通道自動運行也出現故障時，則切換到該通道的手動運行。控制器 C 接收與其他兩個控制器相同的反饋電壓和電流輸入，對這些信號進行計算并與M1、M2控制器進行數據交換。對于自并勵機組的啟動都存在一個起勵建壓的過程，啟勵模塊提供大約15%到20%的空載勵磁電流加到發電機的轉子繞組，當磁場電流上升到15%空載勵磁電流后，起勵回路自動退出[2]。如果起勵失敗那么發電機將無法獲取初始勵磁，而對于勵磁調節器中的觸發回路，如同步電壓過低，是無法正常工作的，那么此時晶閘管也就無法正常觸發導通，因此機組就無法啟動。

1 故障過程

某公司#2機組C修結束后，機組啟動過程中，發電機建壓失敗。

1.1 故障前運行狀態

#2機組發電機轉速3 000 r/s，勵磁調節器在AVR運行模式，M1為主控制器，調節器及DCS后臺無報警。

1.2 故障經過

在機組檢修后啟動的過程中，#2發電機走順控并網邏輯，啟動失敗。#2機DCS勵磁系統畫面報“#2機勵磁系統故障告警”，勵磁系統就地控制屏報警內容為：“代碼68：53A Fail to close”即53A接觸器未吸合，其中53A為起勵接觸器，供電電壓為直流110 V，起勵回路(如圖1所示)。維護人員到達現場后對53A接觸器進行測量檢查，線圈阻值為0.864 kΩ屬正常范圍，其他設備也未見異常，后與運行人員進行溝通，退出兩套發電機勵磁變保護屏內“勵磁系統故障”非電量跳閘壓板后，再次進行發電機空載自動建壓，失敗報警與先前一致，隨后專業組人員對問題進行進一步查找、分析。

圖1 起勵回路

2 故障檢查及分析

#2機DCS勵磁系統畫面上報“#2機勵磁系統故障告警”，就地報警為：“代碼68：53A Fail to close”，檢修人員根據報警提供信息與現場情況進行如下檢查。

2.1 現場設備二次回路檢查及分析

(1)對整個起勵控制回路提供電源的J2端口進行了測量，正、負接點對地分別為±58 V左右，由此確認起勵控制回路電源正常。

(2)對53A接觸器的線圈電阻又進行了測量，阻值為0.864 kΩ。并對53B的線圈電阻進行了測量，阻值為0.386 kΩ，53B是由與53A相同型號的兩個接觸器并聯而成，現場設備，進行對比后認為53A接觸器線圈正常未損壞。

(3)對控制53A接觸器的二次回路進行再一次檢查，53A接觸器控制回路(如圖2所示)。

圖3 53A接觸器控制回路

對起勵控制回路中EPDM(配電模塊)的J7-6、J7-12、J7-9與EXHS板卡(導引各控制回路中繼電器的接點輸出，接點輸入，并完成信號處理回路)中J7-3、J7-12、J7-9分別進行了檢查、測量，各點電位正常，并對EXHS板的J7-9和J7-12端子進行短接，發現53A接觸器能動作，由此可以確認起勵控制回路正常。

2.2 調節器控制板及軟件邏輯檢查分析

(1)在完成以上回路檢查后，暫未發現有設備損壞的跡象，為了確認EXHS卡的工作情況，對故障進行復歸，聯系運行人員再次進行起勵操作，觀察在起勵過程中EXHS板卡的狀態變化。經觀察發現EXHS板上控制53A接觸器的K53AM1、K53AM2、K53AC，現場設備三個中間繼電器在起勵的過程中吸合約1 S，在滅磁開關跳開后斷開。檢修人員通過對EXHS板卡K53AM1、K53AM2、K53AC三個繼電器的動作情況進行判斷得出：EXHS收到了控制器發出的信號，EXHS板卡能夠正常工作，且中間繼續電器K53AM1、K53AM2、K53AC能夠正常動作(檢查過程中也對K53AM1、K53AM2、K53AC三個繼電器進行了線圈的阻值測量，均正常)。

(2)再次聯系運行值班人員進行起勵，用toolbox軟件觀察內部程序的運行情況。經過觀察toolbox軟件內控制程序運行至第六步：close 53A check 后，控制器程序運行失敗，控制器跳滅磁開關、發勵磁系統故障告警。程序運行情況與勵磁調節器的現場故障情況吻合，而且進一步驗證了現場觀察到K53AM1、K53AM2、K53AC三個繼電器吸合約1S后斷開原因是控制器對53A接觸器發0.5S的合閘脈沖，期間控制器如果沒有收到53A接觸器的反饋(為了確認53A接觸器反饋節點的正確性，對53A接觸器兩邊的電源進行短接使53A接觸器吸合，用toolbox軟件觀察到控制器可以收到反饋信號)，起勵就終止，跳滅磁開關、發“勵磁系統故障”告警。在檢查過程中業考慮到是否因控制器發出的53A接觸器合閘脈沖過短而導致合作失敗，后經確認控制器對53A接觸器發的0.5 S合閘脈沖時間無法更改。

(3)根據上述情況進行分析、判斷后認為EXHS板卡正常，53A接觸器并未損壞，對二次回路進行深入的檢查。檢修人員對二次回路各插口進行再一次檢查、緊固，而后復歸故障，聯系運行人員再次起勵，起勵任就失敗。

(4)隨后檢修人員決定對53A接觸器再一次重新確認。聯系運行值班員斷開起勵電源，用繼電保護測試儀對起勵接觸器進行動作特性測試。測試結果為：53A接觸器線圈電阻0.864 kΩ為正常值，動作電壓加到110V時，該接觸器才動作，而同樣型號的53B接觸器在82V左右就可以動作，53A接觸器動作值明顯偏大。

3 故障原因總結

綜合故障現象與檢查結果分析得出#2機勵磁調節器起勵失敗的原因是：在#2機在起勵的過程中，雖然#2機廠用110 V直流系統正常能夠提供115 V左右的電壓，但起勵控制回路電阻變大導致53 A接觸器兩端控制電壓低于110 V，而53A接觸器動作的電壓大于110V，起勵過程中53A接觸器無法動作導致起勵失敗。另外，在故障檢查的過程中在對EXHS板的J7-9和J7-12端子進行短接時，人為的減小了回路電阻，這時接觸器兩端的電壓勉強能夠達到接觸器的動作電壓，所以在短接時53A接觸器可以動作，誤導了檢修人員的判斷，不能快速查找到故障。

在GE2100勵磁調節器使用的過程中，還出現其他方面的故障：

(1)勵磁裝置的86P和86N跳閘繼電器動作功率較小，不滿足重要跳閘回路繼電器動作功率不低于5 W的反措要求，受到交流干擾后動作先跳閘滅磁開關引起機組停機，故障信息：Trip Not Running 52closed、Trip Abort stop Trip、Trip via Lockout (86)。

(2) EDEX(滅磁板)故障導致M2控制器報故障，且相應的EDCF(直流采用板)供電電源熔絲熔斷，使得板卡無法運行，故障信息：Problem in M2，M2 Keypad上面：M2直流電壓、直流電流沒有采樣。

(3)分合閘繼電器導致的起勵失敗，故障信息：41 Fail to Close。

(4) C控制器EDCF板卡故障，故障信息：Problem in C, EX2100軟件中顯示：C3 Fid Current problem, C3 Fid Volt problem，繼電器動作。

(5) #3整流橋的EHPA勵磁裝置觸發脈沖放大器板故障，導致#3整流橋跳閘，故障信息：Bridge3 Fan1 BAD，Bridge3 Fan2 BAD。

4 結語

GE2100 勵磁調節器在某廠10多年的運行過程中，除了個別板卡出現問題外設備相對比較穩定。在檢修特別要做好設備的清灰工作，如果設備運行環境比較潮濕[3]，還要對各板卡之間接頭多進行檢查，在必要的情況下安裝加熱器，在設備停運時投入。在設計上，由于GE2100勵磁調節器為進口產品，接入故障錄波和PMU 的勵磁電壓和勵磁電流信號未考慮其測量范圍及響應性能，輸出變送器無法滿足我國的相關標準要求，另外無法提供勵磁系統低勵限制、過勵限制、定子過電流限制及V/Hz限制特性等內部邏輯、參數的說明，缺少與DCS、DEH雙向冗余通訊接口、外加白噪聲接口，以及無法現場查看各整流橋的溫度以及均流、均壓情況。