一起励磁系统故障引起的机组跳闸分析与处理

葛 峰

华电潍坊发电有限公司 山东 潍坊 261204

0 引言

瑞士ABB公司生产的UNITROL5000型励磁调节器具有运行可靠、性能稳定等优点，近年来被许多大型机组所应用。但由于该设备为进口设备，电厂专业技术人员检修维护经验缺乏，励磁调节器发生故障后，电厂专业技术人员对于故障分析及后续处理难度较大，为该调节器的安全稳定运行带来了隐患。某厂＃4机组采用ABB公司生产的UNITROL5000型励磁调节器，投运以来一直较稳定，但于2015年01月12日和18日发生两次励磁系统故障，造成了机组非停。本文就故障的处理过程、现场检查处置情况，故障原因进行了分析。

1 事件经过

某厂＃4机组有功功率461.6MW，无功功率162MVar，发电机定子电流14.41kA，定子电压19.7kV，励磁电流3160A，励磁电压283V。发电机励磁系统通道I运行，通道II备用。4号机组跳闸，SOE记录首出原因“发电机跳闸”，发变组保护A、B柜“外部重动3”（即“励磁系统故障”）动作。联跳汽机，锅炉MFT动作，厂用电切换正常。

2 设备检查情况

2.1 励磁调节器LCP显示故障信息

故障信息有：

Converter failure；整流桥故障

Converter 1；整流桥1退出

Converter 2；整流桥2退出

Converter 3；整流桥3退出

Common STBY fault；备用通道综合故障

EGC fault；紧急备用通道故障

Converter fail level 1；整流桥失灵1段

Converter fail level 2；整流桥失灵2段

Converter blocked；整流桥闭锁

CH ARCnet fault；通道通讯故障

Converter 4；整流桥4退出

Converter 5；整流桥5退出

2.2 4号发变组录波器录波记录

如图1所示：

图1 4号发变组录波器录波图

录波图显示励磁变电流由2.3A突降至0.1A启动录波，496ms后“励磁系统故障”发出，励磁变电流减小至0A，再69ms后，204开关跳闸，机组跳闸。

2.3 通过CMT调取励磁调节器内部故障信息

1）通道I故障信息，如表1所示：

表1 通道Ⅰ故障信息表

2）通道II故障信息，如表2所示：

表2 通道Ⅱ故障信息

2.4 4号发变组保护信息

发变组保护A、B柜“外部重动3（励磁系统故障）”动作。

2.5 DCS报警信号

“AVR 通道 II故障”、“EGC 投入”、“励磁总报警”、“励磁灭磁开关跳闸”、“204开关跳闸”信号发出。

2.6 整流桥报警信号

Fail灯亮，整流桥CDP液晶显示屏OFF灯亮。

3 检查及处理情况

3.1 设备外观检查

1）外观检查4号发电机出口PT、CT、励磁变、励磁封闭母线等一次设备无异常，测量励磁直流母线绝缘，绝缘值3.8MΩ，合格。

2）检查励磁调节器＃1～＃5整流柜、灭磁开关柜、进线柜、控制柜，未发现明显故障点。

3.2 励磁调节器检查

1）检查ARCnet通讯线T、Y型接头导通良好、测量终端电阻阻值93Ω，符合厂家技术标准。

2）整流柜风机电源切换回路试验正常。

3）检查24V电源模块G05、G15输出正常，负极接地良好；测试带载能力，结果正常。

G05电源模块测试：外加220V交流电源，电源模块G05输出24.5V；输出侧接入0～14Ω滑线电阻，调整阻值由14Ω降至2.74Ω，输出电流由1.68A升至8.93A，电压由24.5V降至24.44V；

G15电源模块测试：外加220V交流电源，电源模块G15输出24.08V；输出侧接入0～14Ω滑线电阻，调整阻值由14Ω降至2.69Ω，输出电流由1.584A升至8.95A，电压由24.08V降至24.03V；

4）外观检查脉冲总线扁平电缆及插接情况，未发现异常。

5）测量整流柜CIN板电源，结果正常。

试验数据见下表3所示。

表3 整流柜电源试验数据

6）测量整流柜顶部电阻、电容，符合厂家标准。试验数据见下表4所示：

表4 整流柜电阻、电容试验数据

3.3 咨询ABB公司

重点检查COB板、24V电源及负极接地、脉冲总线及ARCnet总线通讯部分，更换上述部件。

4 原因分析

结合上述故障信息及检查试验情况，我们综合分析得出以下原因分析：

4.1 机组跳闸原因

发变组保护A、B柜“外部重动3”（即“励磁系统故障”）动作，是本次机组跳闸的直接原因。

4.2 发变组保护动作原因

由于励磁调节器故障，灭磁开关跳闸，启动发变组保护出口。

4.3 励磁调节器故障原因

根据励磁调节器报文信息，通道I（11∶00∶32.3200）通道 II（11∶00∶32.2400）报出 CH ARCnet fault故障（根据两通道报文中通讯故障发生及恢复相隔时间相同来判断），通道I切换至本通道EGC方式运行。由于两通道均报出CH ARCnet fault故障，整流柜CIN板接收不到任何通讯信息，整流桥触发脉冲自动闭锁，励磁电流下降，励磁变高压侧波形由交流波形转化为直流波形，三相电流同时存在（与整流桥正常换相工作时电流波形不同）480ms后，EGC板卡发出跳闸指令。

4.4 ARCnet通讯故障原因

1月12日＃4机组因ARCnet通讯故障发生非停后，已对通道I、II的COB板，通道II的EGC板、ARCnet同轴电缆及通讯接口进行更换，1月18日，再次发生ARCnet通讯故障导致机组非停。据此分析，导致本次故障可能是由于24V电源系统造成ARCnet通讯故障。

励磁调节器柜内24V电源来自于厂用直流1和励磁变低压侧电源，如图2。当24V电源模块G05、G15出现电压突降或突升后，会导致MUB板输出到COB板的电源异常，MUB板所带负载比较大，COB板上有多种等级的电压（5V／12V等）提供给ARCnet模块、CPU模块等，而这些电压等级所允许的电压波动范围是不同的（数值范围如表5）。当COB板电压波动达到个别模块低电压跳闸低限时，会发生两个通道的ARCnet模块出现重启的可能性，导致CH ARCnet fault（工作通道通讯故障）故障。

图2 UN5000励磁调节器24V电源简图

由测量单元板MUB供电的控制面板具有监视下列电压的功能，如下表5：

表5 UN5000励磁调节器电源电压偏差允许范围

5 处理措施

1）更换励磁调节器通道I COB（主控板）、MUB（测量单元板）、EGC（紧急备用通道控制板）、通道II MUB；24V 电源模块 G05、G15； 脉冲总线、LCP（就地控制板）、FBC（扩展IO板）、整流柜CIN板（5块）。

2）更换LCP至通道II ARCnet通讯线1根，重新布线避免强电干扰；用1.5mm2导线绝缘外皮对所有T、Y型接口内插接口进行加固。

3）增加24V电源负极沿原2.5mm2接地线并接4mm2接地线。

4）用替换下的24V电源模块作为风机电源接触器的控制电源，与励磁调节器24V控制电源进行隔离，确保励磁调节器24V控制电源可靠。

5）试验项目

静态试验包括：冷却风机电源切换试验、模拟量、开关量测量、小电流试验。

动态试验包括：零起升压试验、风机电源切换试验、整流柜均流试验、通道切换试验、控制电源切换试验、EGC通道切换试验、灭磁试验、空载阶跃试验（±5%）。

以上试验结果均正常。

6 防范措施

1）对此次非停涉及励磁调节器的ARCnet通讯故障通道I、II的COB板，通道I、II的EGC板、ARCnet通讯电缆及接口进行更换。

2）为防止24V电源电压突降或突升对ARCnet通讯造成影响，导致通讯故障，对24V电源模块G05、G15、通道I、II的测量单元板MUB进行更换。

3）对通讯链条上的CIN板、脉冲总线、LCP板及与通道II的ARCnet同轴电缆、FBC部件进行更换。

4）用原24V电源模块作为整流柜风扇接触器控制电源，与励磁调节器24V控制电源分开，避免风扇控制回路对控制板电源产生干扰。

5）将整流柜顶部阻容吸收回路的电容、电阻测量工作纳入检修标准项目计划，并严格执行。

6）对UNITROL5000励磁设备开展深入培训，并对其他原理掌握不足和检修能力薄弱的设备开展针对性的培训。

7）督促厂家向用户提供设备各个部件的寿命周期清单，建立相关设备部件台帐，确定合理的更换周期，储备必要的备品备件。

8）督促UNITROL5000励磁设备厂家，深入分析故障原因，并书面反馈；及时向用户发布设备故障信息并提供防范和处理措施，做好学习和防范措施的落实。

9）研究励磁调节器升级改造的方案，解决励磁调节器通讯故障问题。

7 结束语

通过此次机组非停事件可以看出，励磁系统作为重要的电力系统稳定装置，一但发生事故，造成的后果和损失是非常严重的，UNITROL5000励磁调节器采用进口技术，存在诸多的技术壁垒，出现故障后，电厂技术人员仅凭以往类似事故的处理经验进行了分析处理对于查找故障原因存在较大的难度，只有通过有针对性的技术培训，掌握UNITROL5000励磁系统软硬件设计、动作原理及逻辑，提升相关业务技能，才能在故障发生时及时分析原因并制定处理防范措施，并对设备存在的安全隐患进行治理消除。

［1］上海ABB工程有限公司.UNITROL 5000静态励磁系统运行维护手册［R］.2006.

［2］ DL／T 843－2010大型汽轮发电机励磁系统技术条件［R］.2010.

［3］GB／T 7409.3－2007大、中型同步发电机励磁系统技术要求［S］.2007.

［4］ 王君亮.同步发电机励磁系统原理与运行维护［M］.北京：中国水利水电出版社，2010.