發電機勵磁故障分析及處理對策

沈 杰

（寶山鋼鐵股份有限公司能源環保部，上海 200941）

1 事件經過

2021年5月13日16：58，寶鋼電廠0號發電機組出力為105 MW，正常運行中突發故障跳閘。

在初期故障查找分析中，相關人員查閱DCS報警信息，懷疑是機組DCS系統卡件通訊異常，引起機組故障跳閘。通過4 h的查找分析，仍沒有查找到故障點。另一方面DCS通訊異常短時報警后已恢復正常。根據經驗，這種通訊異常恢復正常后，通常查找確認原因非常困難。所以短時間內面臨是否需要重新啟動機組的決策。

電氣專業人員通過對勵磁系統的相關報警記錄和波形進行詳細的分析和研究，在較短時間內查找到并確認了故障點，避免了機組重新啟動后引起故障擴大的隱患，并使得故障及時快速得到處理，為盡快恢復機組運行提供了有力的支撐。

2 設備檢查情況

2.1 DCS系統報警檢查

（1）SOE事件記錄

查閱故障時刻DCS中SOE的記錄，見表1所列，為DCS中SOE記錄的故障時刻相關量動作時序。

表1 SOE記錄的故障時刻相關量動作時序

根據上述SOE記錄，ST（汽機）跳閘在先，勵磁系統故障在后，進而觸發發電機跳閘、廠用電切換。

2.2 勵磁AVR柜報警

電氣專業對勵磁系統的相關報警進行檢查，信息如下。

（1）AVR柜控制面板警報

AVR柜控制面板顯示“警報（Alarm）”“出錯（Error）”，按故障時報警時刻的先后時序，主要報警信息見表2所列。

通過查閱報警（Alarm）的故障代碼“25010”，提示勵磁系統發生可控硅異常，同時從表2中獲知，勵磁AVR通道1（CH1）及AVR通道2（CH2）均發生故障，觸發勵磁故障動作跳閘（Trip）。

表2 勵磁AVR柜報警信息

（2）AVR裝置故障錄波情況

查閱AVR裝置，確認在故障時刻AVR裝置自帶的故障錄波功能錄取了相關的數據波形記錄，但記錄的是數據文件，在裝置顯示器上無法查閱波形，需要導出文件后在電腦上用專用軟件復原數據文件形成電氣波形。

（3）發變組保護盤動作檢查

故障發生后，檢查發變組保護盤（A盤、B盤）僅存在“Trip”“Alarm”指示燈亮，86T3出口繼電器動作，無詳細保護動作指示燈亮；控制面板僅記錄低頻保護動作信息。

檢查發變組保護壓板，發現0號機發變組保護盤改造后圖紙中標注為“備用”的LP13壓板存在手寫字樣“AVR聯跳”且處于投入狀態，但查閱保護圖紙，發現LP13壓板的聯跳信息及回路在圖紙中缺失，即存在圖紙與實際跳閘回路不相符合的問題。

3 故障原因分析

3.1 故障過程分析

在初期故障查找分析中，相關人員根據表1中DCS報警信息，曾懷疑是機組DCS系統卡件通訊異常跳閘，使故障查找陷入困境。

電氣專業通過對勵磁系統的相關報警記錄，初步懷疑是勵磁故障問題，但是勵磁常見故障種類較多［1-3］，查找困難。分析認為，需要對波形進行詳細的研究，才能較快地查找到故障點。通過對勵磁AVR裝置內故障錄波數據文件進行復原，記錄故障時刻的波形如圖1所示，圖中橫坐標是時間軸（單位為ms），縱坐標為相應電氣量有效值的標幺值。

從表2勵磁AVR柜報警信息提示，可知勵磁系統一次回路發生故障；進一步分析圖1中AVR裝置錄取的故障時刻發電機相關電氣量的波形可知，從故障起始時刻（圖中紅線所標）開始，首先出現發電機電壓從100.5%開始下降，由于AVR裝置自動電壓閉環控制的功能，使得主勵磁機的勵磁電流增加、勵磁電壓增加（第1次增勵磁），但結果是發電機電壓并未增加反而繼續下降。勵磁由通道1（CH1）運行自動切換至通道2運行，并自動使勵磁電流及勵磁電壓再次增加（第2次增勵磁），結果還是發電機電壓并未增加反而繼續下降，最終使得AVR裝置自動發出磁場開關跳閘指令而停機。

圖1 AVR裝置錄取的故障時刻的電壓電流波形

3.2 故障源的查找判斷

從以上故障過程分析可知，本發電機組的三機勵磁系統中，AVR控制調節器在電壓閉環調節過程中副勵磁機及主勵磁機的電壓、電流調節響應正常，只有發電機轉子所屬的勵磁回路（即旋轉整流器及發電機轉子）存在電壓調節響應異常的問題，所以可以初步判斷問題出在旋轉整理器及輸出所屬的勵磁回路（即旋轉整流器或發電機轉子回路）。

3.3 故障點檢查及確認

（1）故障點情況

初步判斷出故障方向后，拆除旋轉整流器的外罩，檢查發現旋轉整流器輸出至發電機轉子勵磁的B側連接銅母排出現斷裂及碎片脫落情況，見圖2。其中從連接母排上脫落的一片碎片掉落在整流二極管與散熱片間，散熱片及脫落碎片存在放電痕跡。

圖2 連接銅母排斷裂

對現場各連接螺栓標記進行檢查，未發現松動及異常；對整流二極管進行正向導通、壓降及反向絕緣測量，無明顯異常；整流二極管正向電阻與備件新品比對基本一致。

（2）故障部位說明

圖3是0號機勵磁系統主回路原理圖。本次故障點為圖3中的旋轉整流的集電環與發電機勵磁繞組之間的連接銅母排，見圖3中紅線標注部分。

圖3 勵磁系統主回路原理圖

需要說明的是，本次故障中AVR裝置檢測到的發電機電壓下跌值約為2%，電壓下跌值較小，但AVR裝置具有的優異靈敏的檢測性能及故障診斷功能，使得機組快速跳閘，防止了故障的發展擴大。

（3）歷史檢修記錄

檢查檢修記錄，確認在2016年機組大修時，對此連接母排及旋轉整流器進行了檢查，其檢修報告記錄轉子連接排正常。在2019年1月0號機A修期間對發電機及勵磁機進行檢修，也未發現異常。

3.4 故障原因分析

經光譜分析，故障的連接銅母排材質確認為銅銀合金，合金成份中銅占62.2%，銀占35.7%，及少量的硅、鎳、鉻等成份。整個故障部件由8個厚度為6.4 mm的銅片疊加組成。8個銅片中有7個銅片已斷裂。故障部件為隨轉子旋轉的高速轉動部件。

故障部件隨機組于1997年投入運行，至今運行24年。分析認為，銅母排斷裂的原因是螺栓連接處的應力集中及高速旋轉引起銅母排金屬疲勞而斷裂。

4 處理對策及結果

針對存在的問題，采取以下對策。

（1）委托上海發電機廠制作新的連接銅排，更換故障部件及另一側的相同部件（A側連接母排）；對外表存在放電痕跡的整流二極管更換為新品。

（2）機組啟動時先采用手動勵磁控制模式，進行手動逐步增加勵磁的零起升壓試驗，在檢查無異常后再投入自動勵磁控制模式。

在機組B級檢修中完成整改后，于2021年6月4日順利并網投入正常運行。

5 結語

分析勵磁系統故障，最為有用的信息，是故障前后相關量的趨勢圖［4］。本案通過對發電機自動電壓調節器（AVR）自帶的錄取功能錄取的故障數據，經復原故障波形后，對此進行深入分析，結合對勵磁設備的檢查和測試，在短時間內查找到故障點，避免可能因故障原因誤判而重新啟動機組引起的故障擴大的隱患，為盡快恢復機組運行提供了有力的支撐。