一起燃機勵磁電壓異常原因分析及預(yù)防建議

紀(jì)虎軍 趙俊杰 李 強

一起燃機勵磁電壓異常原因分析及預(yù)防建議

紀(jì)虎軍1趙俊杰2李 強2

（1. 深能智慧能源科技有限公司，廣東深圳 518031；2. 西安熱工研究院有限公司，西安 710054）

某燃機電廠6號機組在整套起動勵磁系統(tǒng)試驗時發(fā)現(xiàn)勵磁電壓波形異常。本文結(jié)合該試驗二次回路和滅磁原理對波形異常原因進行分析，組織人員進行檢查處理，并對處理結(jié)果進行對比驗證。最后，結(jié)合現(xiàn)場經(jīng)驗提出避免此類事件發(fā)生的幾點建議。

勵磁調(diào)節(jié)器；滅磁；波形異常；燃機

0 引言

勵磁系統(tǒng)作為大型發(fā)電機組的重要組成部分，它在機組并列后維持發(fā)電機機端電壓在給定水平并控制機組無功功率的合理分配，不僅對提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性有重要作用，還在燃機拖動起動階段發(fā)揮重要作用。在機組的整套起動過程中，需根據(jù)相關(guān)規(guī)程對勵磁系統(tǒng)進行動態(tài)試驗[1]。本文通過分析一起整套起動過程中滅磁試驗波形異常事件發(fā)生的原因，提供一些處理勵磁系統(tǒng)故障的基本思路，并針對性地提出一些建議。

1 勵磁電壓波形異常現(xiàn)象

根據(jù)相關(guān)試驗規(guī)程，機組整套起動過程中需在發(fā)電機空載條件下進行滅磁試驗。滅磁試驗分為正常逆變滅磁、跳滅磁開關(guān)滅磁、遠(yuǎn)方滅磁、保護動作跳滅磁開關(guān)4種方式進行[1]。通過滅磁試驗來檢查跳滅磁開關(guān)是否正常、測定滅磁時間常數(shù)，同時對滅磁過程進行錄波以檢驗滅磁過程中觸發(fā)角的變化和跨接器投入情況等[2-3]。近年來滅磁失敗引起故障范圍擴大的事故時有發(fā)生[4-5]。

某燃機電廠6號機組采用進口勵磁系統(tǒng)。整套起動期間，首次跳滅磁開關(guān)滅磁試驗完畢后發(fā)現(xiàn)勵磁電壓波形異常。試驗波形如圖1所示，作為對比，圖1中也給出了同項目5號機組相同試驗項目的波形。

圖1 跳滅磁開關(guān)滅磁試驗波形1

根據(jù)該型勵磁系統(tǒng)原理，在接收到外部保護跳閘信號時，勵磁調(diào)節(jié)器瞬時封脈沖，同時跨接器動作，向轉(zhuǎn)子回路中投入滅磁電阻。磁場能量由轉(zhuǎn)子繞組和滅磁電阻構(gòu)成的回路消耗[6]。

由圖1波形可以看到，6號機組滅磁開關(guān)跳開后，勵磁電壓瞬時反向，最大反向電壓為-116.3V，與5號機組相同試驗時正確的波形基本相同[7]，但在160ms后即保持-80V左右，直至340ms后迅速歸零。

為排除試驗接線問題導(dǎo)致的波形異常，緊固試驗接線，并對廠家內(nèi)部接線進行緊固檢查。起勵后再次進行跳滅磁開關(guān)滅磁試驗，錄取波形，試驗儀器錄到的跳滅磁開關(guān)滅磁試驗波形如圖2所示。

圖2 跳滅磁開關(guān)滅磁試驗波形2

由圖2看出，勵磁電壓波形依然出現(xiàn)同樣的異常現(xiàn)象，且勵磁電流正常衰減，需進一步分析波形異常原因。

2 原因分析及處理

針對兩次試驗波形異常的形成原因，勵磁廠家回復(fù)從波形來看勵磁電流平穩(wěn)下降，說明滅磁回路投入，保護跳閘之后勵磁電壓會有短暫的采樣失真問題。但錄波儀器的勵磁電壓采樣回路是接在端子排上，而端子排由廠家配線引自開關(guān)柜銅排。同樣類型的5號機組并沒有出現(xiàn)此問題。廠家此回復(fù)并不能解釋勵磁電壓波形畸變的原因。

經(jīng)分析后，試驗人員認(rèn)為可能原因如下：①錄波儀器參數(shù)設(shè)置問題；②錄波儀器通道問題或錄波儀器內(nèi)部虛接；③滅磁回路中電阻元件或跨接器連接存在問題；④滅磁開關(guān)滅弧柵位置錯位或開關(guān)接觸面斷開不及時。

為進一步查明波形異常原因，分別在兩個通道下通過逆變方式滅磁。錄波儀器使用的錄波模板不變，同時設(shè)置勵磁調(diào)節(jié)器對此次滅磁試驗進行錄波。試驗儀器錄取的波形如圖3所示。

圖3 雙通道逆變滅磁波形

由圖3可看出，勵磁電壓、勵磁電流均正常衰減。A通道逆變滅磁時反向勵磁電壓最大-818.0V，B通道逆變滅磁時反向勵磁電壓最大-818.6V。勵磁調(diào)節(jié)器與錄波儀器所錄波形基本一致，說明勵磁電壓試驗采樣回路無誤，錄波儀器通道設(shè)置正確。

所以造成勵磁電壓波形異常的原因可能存在于跳滅磁開關(guān)滅磁方式的耗能回路中[7-8]。對滅磁電阻及跨接器進行檢查，并與設(shè)計圖紙核實。滅磁電阻測量阻值基本正確無誤，與設(shè)計一致[9]；跨接器開關(guān)模塊接線方式正確，與設(shè)計一致[4]；對滅磁開關(guān)本體及滅弧柵進行解體檢查，均無異常。

再次組織人員協(xié)助廠家對勵磁系統(tǒng)內(nèi)部接線進行排查，同時檢查勵磁調(diào)節(jié)器各項設(shè)置，發(fā)現(xiàn)盤柜內(nèi)勵磁電壓采樣接線位置錯位，勵磁系統(tǒng)勵磁電壓采樣線陽極接錯位置，如圖4所示。

圖4 勵磁電壓采樣位置

如圖4所示，勵磁電壓陽極采樣點本應(yīng)接在滅磁開關(guān)發(fā)電機轉(zhuǎn)子側(cè)，實際接在了整流橋側(cè)。因兩臺機組為鏡面布置，轉(zhuǎn)子進線位置在完全相反的兩個方向，廠家安裝人員在安裝時未注意兩套勵磁系統(tǒng)的區(qū)別，導(dǎo)致6號機組勵磁電壓采樣位置接錯。

經(jīng)過與廠家技術(shù)人員商討更換采樣點位置方法，制定處理方案及安全措施。現(xiàn)場確認(rèn)位置后，對勵磁電壓采樣線接線位置進行更改。

3 效果驗證

處理完畢后連接好錄波儀器，在滅磁開關(guān)前后各設(shè)置一個勵磁電壓采樣點。通過對比兩個采樣點采樣的勵磁電壓波形，驗證勵磁電壓波形畸變是否由采樣位置錯誤引起。

再次起動6號機組，分別在勵磁調(diào)節(jié)器的A、B通道下進行跳滅磁開關(guān)滅磁試驗，錄取試驗波形如圖5所示，其中曲線1、4為整流橋側(cè)電壓；曲線3、6為滅磁開關(guān)轉(zhuǎn)子側(cè)電壓；曲線2、5為勵磁電流。

（a）A通道滅磁波形

（b）B通道滅磁波形

圖5 跳滅磁開關(guān)滅磁試驗波形3

由圖5波形可見，轉(zhuǎn)子側(cè)勵磁電壓（曲線3、6）正常平穩(wěn)變化，整流橋側(cè)勵磁電壓（曲線1、4）與之前異常波形一致。檢查勵磁系統(tǒng)錄取的波形，與錄波儀器錄取的轉(zhuǎn)子側(cè)勵磁電壓（曲線3、6）波形一致。下面結(jié)合圖5及相關(guān)文獻[7, 10-12]，詳細(xì)分析滅磁動作過程。

封脈沖后，磁場斷路器分閘之前，因轉(zhuǎn)子電流不能突變，所以最后導(dǎo)通的兩個晶閘管將始終保持導(dǎo)通狀態(tài)，直到晶閘管中流過的電流低于維持電流而自行關(guān)斷。滅磁開關(guān)斷開前，轉(zhuǎn)子電壓和轉(zhuǎn)子電流根據(jù)滅磁電阻和轉(zhuǎn)子繞組組成的回路特性衰減。滅磁開關(guān)斷開后，整流橋側(cè)電壓根據(jù)整流橋側(cè)的回路特性衰減。此時整流橋側(cè)測得的電壓等于滅磁開關(guān)處的弧壓與滅磁電阻上電壓的疊加，是一個暫態(tài)綜合疊加的過程。直至完全熄弧，滅磁開關(guān)整流橋側(cè)電壓消失。再經(jīng)過一定延時后，整流橋交流側(cè)開關(guān)斷開。

此試驗驗證了本次整套起動過程中勵磁電壓波形異常確實是由勵磁電壓采樣位置錯誤引起，而非勵磁系統(tǒng)其他故障。驗證完畢后拆除試驗接線，復(fù)歸勵磁系統(tǒng)信號，繼續(xù)進行整套起動。

4 結(jié)論

跳滅磁開關(guān)滅磁試驗是故障停機時保障機組安全的最后一道防線，其可靠性至關(guān)重要。當(dāng)機組內(nèi)外部故障時，保護動作后需要勵磁系統(tǒng)能迅速斷開發(fā)電機勵磁回路，并將轉(zhuǎn)子繞組中的能量迅速消耗掉，避免事故擴大。本文在整套起動過程中發(fā)現(xiàn)勵磁電壓波形異常，立刻進行異常原因分析，及時發(fā)現(xiàn)并處理了勵磁電壓采樣畸變異常問題，保證了機組的正常帶負(fù)荷試運。

造成本次滅磁異常的主要原因是廠家在生產(chǎn)時未嚴(yán)格按照設(shè)計圖紙進行出廠檢查導(dǎo)致，也反映出了在整個勵磁系統(tǒng)調(diào)試過程中存在的各方把關(guān)不嚴(yán)的問題。

為杜絕此類事故，總結(jié)以下建議：①廠家在入場檢查時，應(yīng)認(rèn)真核對設(shè)計圖紙與實物差別，及時發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)中的問題，特別是通性問題；②單體調(diào)試單位應(yīng)完善靜態(tài)調(diào)試方案，在靜態(tài)試驗時與廠家密切配合，認(rèn)真檢查各回路；③系統(tǒng)調(diào)試人員應(yīng)完善整套起動方案，把好最后一道關(guān)卡，在試驗時應(yīng)認(rèn)真檢查波形及各項參數(shù)，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷，有疑問必須處理后才能繼續(xù)進行試驗；④勵磁系統(tǒng)試驗時，現(xiàn)場試驗人員應(yīng)熟悉勵磁系統(tǒng)原理及各方式下系統(tǒng)參數(shù)特點，及時處理試驗過程中出現(xiàn)的各項異常。參建各方應(yīng)認(rèn)真執(zhí)行各項措施避免機組帶缺陷并網(wǎng)。

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Cause analysis and preventive suggestion of abnormal excitation voltage of gas turbine

JI Hujun1ZHAO Junjie2LI Qiang2

(1. SE Smart Energy Technology Co., Ltd, Shenzhen, Guangdong 518031;2. Xi’an Thermal Power Research Institute Co., Ltd, Xi’an 710054)

Abnormal excitation voltage waveform is found in the excitation system test of unit 6 of a gas turbine power plant. Combined with the secondary circuit of the test and the principle of demagnetization, the cause of abnormal waveform is analyzed, and the personnel are organized to check and deal with it. The results are compared and verified. Finally, some suggestions are put forward to avoid the occurrence of such incidents.

excitation regulator; de-excitation; abnormal waveform; gas turbine

2022-03-03

2022-03-21

紀(jì)虎軍（1983—），男，廣東深圳人，本科，工程師，主要從事智能配電網(wǎng)電氣技術(shù)管理工作。