二次起勵(lì)時(shí)勵(lì)磁風(fēng)機(jī)啟動(dòng)失敗的原因分析及優(yōu)化

羅佳春

（國(guó)家電投五凌電力有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410004）

1 設(shè)備概況

三板溪電廠裝有4 臺(tái)單機(jī)容量為250 MW 的立軸混流式水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)1 000 MW，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)采用ABB 公司的UNITOL 5000 型勵(lì)磁系統(tǒng)。UNITOL 5000 勵(lì)磁系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，兩組勵(lì)磁功率柜一組主用，另一組備用。每組功率柜中各有兩臺(tái)勵(lì)磁風(fēng)機(jī)，一組主用，另一組備用。

三板溪電廠UNITOL 5000 勵(lì)磁系統(tǒng)自2006 年投運(yùn)以來(lái)，偶爾會(huì)出現(xiàn)因轉(zhuǎn)子反時(shí)限過(guò)流限制動(dòng)作而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)起勵(lì)不成功的情況。為解決該問(wèn)題，三板溪電廠與廠家技術(shù)人員經(jīng)多次討論后，于2018年先后在4 臺(tái)機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)上增加發(fā)電機(jī)二次起勵(lì)邏輯，邏輯為“發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓2 s 內(nèi)未達(dá)到10%Ue且無(wú)起勵(lì)失敗信號(hào)，則在23 s 后進(jìn)行第二次起勵(lì)”。自改造之后，未出現(xiàn)因轉(zhuǎn)子反時(shí)限過(guò)流限制動(dòng)作而導(dǎo)致開(kāi)機(jī)不成功的情況。

2 問(wèn)題引出

機(jī)組從一次起勵(lì)到二次起勵(lì)過(guò)程如下：第一次投入勵(lì)磁后，若15 s 內(nèi)第一次起勵(lì)失敗，則切除勵(lì)磁系統(tǒng)。在切除勵(lì)磁系統(tǒng)8 s 后，第二次投入勵(lì)磁。

2021 年4 月2 日，三板溪電廠3 號(hào)機(jī)在開(kāi)機(jī)過(guò)程中，轉(zhuǎn)子反時(shí)限過(guò)流限制動(dòng)作，一次起勵(lì)失敗后啟動(dòng)二次起勵(lì)，勵(lì)磁系統(tǒng)建壓正常，但勵(lì)磁系統(tǒng)功率柜中勵(lì)磁風(fēng)機(jī)啟動(dòng)失敗，勵(lì)磁系統(tǒng)故障，經(jīng)5 min 延時(shí)后跳閘。現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)，系勵(lì)磁風(fēng)機(jī)電源未正常投入，勵(lì)磁風(fēng)機(jī)未正常啟動(dòng)從而勵(lì)磁系統(tǒng)故障。查閱歷史數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，自2019 年1 月以來(lái)，1～4 號(hào)機(jī)組二次起勵(lì)共動(dòng)作8 次，具體情況如表1 所示。其中，3號(hào)機(jī)組出現(xiàn)過(guò)2 次勵(lì)磁系統(tǒng)二次起勵(lì)，均存在勵(lì)磁風(fēng)機(jī)電源未正常投入，導(dǎo)致勵(lì)磁風(fēng)機(jī)無(wú)法正常啟動(dòng)的現(xiàn)象。

表1 1～4 號(hào)機(jī)二次起勵(lì)統(tǒng)計(jì)表

當(dāng)勵(lì)磁風(fēng)機(jī)電源未能正常投入時(shí)，勵(lì)磁系統(tǒng)主用功率柜的主、備用勵(lì)磁風(fēng)機(jī)就無(wú)法正常啟動(dòng)，此時(shí)UNITOL 5000 勵(lì)磁系統(tǒng)判斷主用功率柜冷卻系統(tǒng)失效，閉鎖（退出）主功率柜，同時(shí)切至備用功率柜運(yùn)行。但因?yàn)閯?lì)磁風(fēng)機(jī)電源未能正常投入，備用功率柜的勵(lì)磁風(fēng)機(jī)亦無(wú)法正常啟動(dòng)，此時(shí)勵(lì)磁系統(tǒng)判斷冷卻系統(tǒng)全部失效，跳發(fā)電機(jī)滅磁開(kāi)關(guān)，聯(lián)跳GCB。

3 勵(lì)磁風(fēng)機(jī)邏輯

UNITOL 5000 型勵(lì)磁系統(tǒng)風(fēng)機(jī)配置雙電源，分別為自用電電源（當(dāng)勵(lì)磁系統(tǒng)建壓正常后取自機(jī)端）和廠用電電源，兩組電源一組作為主用，另一組作為備用。其中K15 繼電器為自用電電源投入繼電器，K16 繼電器為廠用電電源投入繼電器。

通過(guò)查閱資料以及相互對(duì)比發(fā)現(xiàn)，1 號(hào)、2 號(hào)機(jī)組勵(lì)磁風(fēng)機(jī)電源控制邏輯與3 號(hào)、4 號(hào)機(jī)存在明顯區(qū)別。如圖1、圖2 所示。

圖1 1 號(hào)、2 號(hào)機(jī)組勵(lì)磁風(fēng)機(jī)電源控制邏輯

圖2 3 號(hào)、4 號(hào)機(jī)組勵(lì)磁風(fēng)機(jī)電源控制邏輯

1 號(hào)、2 號(hào)機(jī)組勵(lì)磁風(fēng)機(jī)控制邏輯中，當(dāng)同時(shí)滿足勵(lì)磁投入、輔助電源無(wú)故障、自用電未投入3 個(gè)條件時(shí)，K16 繼電器動(dòng)作，投入風(fēng)機(jī)廠用電電源；當(dāng)同時(shí)滿足勵(lì)磁投入、自用電無(wú)故障、廠用電未投入3 個(gè)條件時(shí)，K15 繼電器動(dòng)作，投入勵(lì)磁風(fēng)機(jī)自用電電源；當(dāng)勵(lì)磁系統(tǒng)切除100 s 后，或輔助電源故障（自用電電源故障）時(shí)，K16（K15）繼電器復(fù)歸，勵(lì)磁風(fēng)機(jī)電源退出。

3 號(hào)、4 號(hào)機(jī)組勵(lì)磁風(fēng)機(jī)控制邏輯中，當(dāng)同時(shí)滿足勵(lì)磁投入令、同步電壓小于80%、自用電無(wú)故障、自用電模式（廠用電未投入）4 個(gè)條件時(shí)，K15 繼電器動(dòng)作，投入勵(lì)磁風(fēng)機(jī)自用電電源。上述4 個(gè)條件同時(shí)滿足時(shí)，圖2 中信號(hào)S 觸發(fā)，向10411 輸出一個(gè)1 s 的脈沖信號(hào)，通過(guò)SR 觸發(fā)器保持，K15 繼電器動(dòng)作，勵(lì)磁風(fēng)機(jī)自用電電源投入工作。注意，只有信號(hào)S 的上升沿（由0 變?yōu)?）才能向10411 輸出脈沖信號(hào)。所以只有信號(hào)S 復(fù)歸后并再次觸發(fā)，才能輸出第二個(gè)脈沖信號(hào)，去啟動(dòng)K15 繼電器；當(dāng)同時(shí)滿足勵(lì)磁投入、同步電壓大于80%或自用電故障15 s、輔助電源無(wú)故障、廠用電模式（自用電未投入）4 個(gè)條件時(shí)，K16 繼電器動(dòng)作，投入勵(lì)磁風(fēng)機(jī)廠用電電源。

1 號(hào)、2 號(hào)機(jī)組勵(lì)磁風(fēng)機(jī)電源控制邏輯與3 號(hào)、4號(hào)機(jī)組存在明顯差別。1 號(hào)、2 號(hào)機(jī)組勵(lì)磁風(fēng)機(jī)以廠用電電源作為主用電源，控制邏輯簡(jiǎn)單。3 號(hào)、4 號(hào)機(jī)組勵(lì)磁風(fēng)機(jī)以自用電電源作為主用電源，較1 號(hào)、2 號(hào)機(jī)邏輯增加了同步電壓小于80%的條件，控制邏輯復(fù)雜。

4 原因分析

4.1 二次起勵(lì)時(shí)1 號(hào)、2 號(hào)機(jī)組勵(lì)磁風(fēng)機(jī)電源控制邏輯

（1）第一次投入勵(lì)磁，當(dāng)勵(lì)磁系統(tǒng)滿足，勵(lì)磁投入、輔助電源無(wú)故障、自用電未投入3 個(gè)條件滿足，K16 繼電器動(dòng)作，風(fēng)機(jī)廠用電電源投入，風(fēng)機(jī)正常啟動(dòng)。

（2）當(dāng)勵(lì)磁投入超過(guò)15 s 后，機(jī)端電壓仍未超過(guò)10%，程序判定一次起勵(lì)不成功，下達(dá)勵(lì)磁切除令。切除勵(lì)磁8 s 后，再次投入勵(lì)磁。此時(shí)勵(lì)磁系統(tǒng)不滿足切除勵(lì)磁100 s 的條件，K16 繼電器不會(huì)復(fù)歸，保持動(dòng)作狀態(tài)。因此勵(lì)磁風(fēng)機(jī)廠用電電源一直在投入狀態(tài)，勵(lì)磁風(fēng)機(jī)仍能正常啟動(dòng)。

4.2 二次起勵(lì)時(shí)3 號(hào)、4 號(hào)機(jī)組勵(lì)磁風(fēng)機(jī)電源控制邏輯

（1）第一次投入勵(lì)磁，當(dāng)勵(lì)磁系統(tǒng)滿足，勵(lì)磁投入、同步電壓小于80%、自用電無(wú)故障、自用電模式（廠用電未投入）4 個(gè)條件時(shí)滿足，信號(hào)S 產(chǎn)生一個(gè)上升沿，向10411 輸出一次1 s 的脈沖信號(hào)，K15 繼電器動(dòng)作。但實(shí)際因?yàn)槠饎?lì)失敗，機(jī)端未正常建壓，所以不滿足上述條件，風(fēng)機(jī)未正常啟動(dòng)。

（2）當(dāng)勵(lì)磁投入超過(guò)15 s 后，機(jī)端電壓仍未超過(guò)10%，程序判定第一次起勵(lì)不成功。下達(dá)勵(lì)磁切除令，K15 繼電器立即復(fù)歸。但由于勵(lì)磁風(fēng)機(jī)電源控制邏輯中勵(lì)磁投入的復(fù)歸延時(shí)參數(shù)存在20 s 延時(shí)，因此在該20 s期間信號(hào)S保持輸出值為1，無(wú)法復(fù)歸。

（3）第一次起勵(lì)未成功，在切除勵(lì)磁系統(tǒng)8 s 后，程序?qū)⒃俅蜗逻_(dá)投入起勵(lì)命令。此時(shí)勵(lì)磁系統(tǒng)滿足勵(lì)磁投入、同步電壓小于80%、自用電無(wú)故障、自用電模式（廠用電未投入）4 個(gè)條件，但由于在第二次起勵(lì)前后，信號(hào)S 一直都保持輸出為1，沒(méi)有產(chǎn)生上升沿，無(wú)法向10411 輸出脈沖信號(hào)，K15 繼電器無(wú)法進(jìn)行第二次動(dòng)作，未能投入勵(lì)磁風(fēng)機(jī)自用電電源。

（4）由于第二次起勵(lì)成功，機(jī)端電壓建壓成功，且自用電未發(fā)生故障，因此勵(lì)磁系統(tǒng)無(wú)法啟動(dòng)K16繼電器，勵(lì)磁風(fēng)機(jī)電源無(wú)法切至廠用電電源供電。

因此綜上所述，勵(lì)磁系統(tǒng)二次起勵(lì)后，K15、K16繼電器均未動(dòng)作，勵(lì)磁風(fēng)機(jī)兩路電源均未能正常投入，故無(wú)法啟動(dòng)。

4.3 勵(lì)磁風(fēng)機(jī)啟動(dòng)失敗原因分析

機(jī)組二次起勵(lì)時(shí)勵(lì)磁風(fēng)機(jī)能否正常啟動(dòng)，與勵(lì)磁風(fēng)機(jī)的電源控制程序內(nèi)部邏輯有著直接的關(guān)系。在機(jī)組第一次勵(lì)磁切除8 s 后，開(kāi)始第二次起勵(lì)。

由1 號(hào)、2 號(hào)機(jī)勵(lì)磁風(fēng)機(jī)電源控制邏輯可知，二次起勵(lì)時(shí)勵(lì)磁系統(tǒng)因?yàn)椴粷M足勵(lì)磁未投入（100 s 延時(shí)）的條件，故K16 繼電器仍保持動(dòng)作狀態(tài)，勵(lì)磁風(fēng)機(jī)廠用電電源一直在投入狀態(tài)，風(fēng)機(jī)仍能正常啟動(dòng)。

由3 號(hào)、4 號(hào)機(jī)勵(lì)磁風(fēng)機(jī)電源控制邏輯可知，一次起勵(lì)失敗后，K15 繼電器會(huì)立即復(fù)歸，但“勵(lì)磁投入”指令要在20 s 之后才能復(fù)歸，因此在20 s 期間信號(hào)S 保持輸出值為1，無(wú)法復(fù)歸，則第二次起勵(lì)時(shí)K15 繼電器無(wú)法滿足動(dòng)作條件進(jìn)行第二次動(dòng)作，勵(lì)磁風(fēng)機(jī)自用電源無(wú)法投入。第二次起勵(lì)后，因?yàn)閯?lì)磁風(fēng)機(jī)自用電電源未發(fā)生故障，故無(wú)法啟動(dòng)K16 繼電器，勵(lì)磁風(fēng)機(jī)電源就無(wú)法切至廠用電電源供電，故勵(lì)磁風(fēng)機(jī)無(wú)法正常啟動(dòng)。

5 優(yōu)化方案及效果

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，可以從勵(lì)磁風(fēng)機(jī)電源控制程序、優(yōu)化相關(guān)的時(shí)間量、風(fēng)機(jī)電源主供電方式3 個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化：

（1）方式1：優(yōu)化勵(lì)磁風(fēng)機(jī)電源控制程序，將3 號(hào)、4 號(hào)機(jī)改為與1 號(hào)、2 號(hào)機(jī)相同的控制程序。

（2）方式2：優(yōu)化勵(lì)磁風(fēng)機(jī)電源控制程序中相關(guān)的時(shí)間量。

1）縮短勵(lì)磁系統(tǒng)投入的復(fù)歸時(shí)間，讓信號(hào)S 在第二次起勵(lì)前復(fù)歸為0，第二次起勵(lì)后產(chǎn)生上升沿，啟動(dòng)K15 繼電器。此方案需將勵(lì)磁投入的復(fù)歸延時(shí)參數(shù)由20 s 修改為5 s。具體邏輯變?yōu)椋呵谐齽?lì)磁5 s 后，勵(lì)磁投入信號(hào)復(fù)歸，勵(lì)磁系統(tǒng)不滿足風(fēng)機(jī)自用電電源投入條件，信號(hào)S 復(fù)歸為0。在切除勵(lì)磁8 s 后，第二次起勵(lì)，此時(shí)勵(lì)磁系統(tǒng)滿足4 個(gè)條件，信號(hào)S 由0 變?yōu)?，產(chǎn)生上升沿，向10411 輸出脈沖信號(hào)，可啟動(dòng)K15 繼電器。

2）延長(zhǎng)勵(lì)磁退出令復(fù)位K15 繼電器的時(shí)間。此方案需將勵(lì)磁退出令復(fù)位K15 繼電器的時(shí)間由0修改為50 s。目前程序中第一次起勵(lì)失敗后發(fā)勵(lì)磁退出令將同時(shí)復(fù)位K15 繼電器，修改復(fù)位時(shí)間參數(shù)后，將實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁退出50 s 后再?gòu)?fù)歸K15。此舉可防止勵(lì)磁系統(tǒng)二次起勵(lì)過(guò)程中復(fù)位K15 繼電器，確保二次起勵(lì)時(shí)K15 具備動(dòng)作條件。

（3）方式3：優(yōu)化勵(lì)磁風(fēng)機(jī)電源主供電方式，將勵(lì)磁風(fēng)機(jī)電源主供電方式修改為廠用電電源供電。

實(shí)際優(yōu)化時(shí)發(fā)現(xiàn)：方式1 可以從根本上解決二次起勵(lì)中勵(lì)磁風(fēng)機(jī)無(wú)法正常運(yùn)行的問(wèn)題，是3 種方式中最完善的一種，但其優(yōu)化過(guò)程涉及到多個(gè)參數(shù)修改，且參數(shù)修改后需進(jìn)行多次驗(yàn)證，過(guò)程較為繁瑣復(fù)雜。考慮到近期發(fā)電形式的緊迫性，故予以舍棄。方式2 的優(yōu)化過(guò)程簡(jiǎn)單，優(yōu)化過(guò)程僅需修改兩個(gè)時(shí)間量，即可確保二次起勵(lì)中勵(lì)磁風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行。但由于其主供電方式仍為自用電電源供電，可靠性不高。方式3 是將勵(lì)磁風(fēng)機(jī)主供電方式修改為廠用電電源，廠用電電源供電的可靠性較高，可在特殊情況下仍能維持勵(lì)磁風(fēng)機(jī)電源的正常供電，為勵(lì)磁風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行提供條件。但只修改主供電方式，仍無(wú)法從根本上解決二次起勵(lì)中勵(lì)磁風(fēng)機(jī)無(wú)法正常運(yùn)行的問(wèn)題。

綜合考慮之后，本次優(yōu)化過(guò)程采用了方式2 和方式3 結(jié)合的方式。即通過(guò)在勵(lì)磁風(fēng)機(jī)電源控制程序中縮短勵(lì)磁系統(tǒng)投入的復(fù)歸時(shí)間，延長(zhǎng)勵(lì)磁退出令復(fù)位K15 繼電器的時(shí)間，再將勵(lì)磁風(fēng)機(jī)主供電方式由自用電修改為廠用電。優(yōu)化完成后，多次對(duì)3號(hào)、4 號(hào)機(jī)分別模擬自用電、廠用電電源故障，檢查K16、K15 繼電器正確動(dòng)作，勵(lì)磁風(fēng)機(jī)均能正常啟動(dòng)；多次模擬3 號(hào)、4 號(hào)機(jī)開(kāi)機(jī)過(guò)程中起勵(lì)失敗，檢查二次起勵(lì)時(shí)勵(lì)磁風(fēng)機(jī)均能正常啟動(dòng)。

優(yōu)化完成兩個(gè)月以來(lái)，后續(xù)3 號(hào)、4 號(hào)機(jī)開(kāi)機(jī)過(guò)程出現(xiàn)二次起勵(lì)時(shí)，勵(lì)磁風(fēng)機(jī)均能正常啟動(dòng)。

6 結(jié)語(yǔ)

發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)故障因素有許多種，故障輕則造成發(fā)電機(jī)起勵(lì)失敗，重則導(dǎo)致機(jī)組發(fā)生跳閘，影響正常運(yùn)行。勵(lì)磁風(fēng)機(jī)作為發(fā)電機(jī)勵(lì)磁裝置冷卻系統(tǒng)的重要組成部分，對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的正常運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。勵(lì)磁系統(tǒng)風(fēng)機(jī)的可靠性直接關(guān)系到勵(lì)磁系統(tǒng)乃至發(fā)電機(jī)能否穩(wěn)定運(yùn)行。

本文發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)勵(lì)磁風(fēng)機(jī)電源控制邏輯配置不合理，二次起勵(lì)時(shí)勵(lì)磁風(fēng)機(jī)因電源無(wú)法正常投入而啟動(dòng)失敗，造成勵(lì)磁系統(tǒng)故障的現(xiàn)象存在一定的安全隱患。結(jié)合實(shí)際，通過(guò)優(yōu)化勵(lì)磁風(fēng)機(jī)電源控制邏輯、修改主供電電源方式，可實(shí)現(xiàn)電源正常投入，達(dá)到二次起勵(lì)過(guò)程勵(lì)磁風(fēng)機(jī)正常啟動(dòng)、確保機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的目的。