发电机励磁故障分析及处理对策

沈 杰

（宝山钢铁股份有限公司能源环保部，上海 200941）

1 事件经过

2021年5月13日16：58，宝钢电厂0号发电机组出力为105 MW，正常运行中突发故障跳闸。

在初期故障查找分析中，相关人员查阅DCS报警信息，怀疑是机组DCS系统卡件通讯异常，引起机组故障跳闸。通过4 h的查找分析，仍没有查找到故障点。另一方面DCS通讯异常短时报警后已恢复正常。根据经验，这种通讯异常恢复正常后，通常查找确认原因非常困难。所以短时间内面临是否需要重新启动机组的决策。

电气专业人员通过对励磁系统的相关报警记录和波形进行详细的分析和研究，在较短时间内查找到并确认了故障点，避免了机组重新启动后引起故障扩大的隐患，并使得故障及时快速得到处理，为尽快恢复机组运行提供了有力的支撑。

2 设备检查情况

2.1 DCS系统报警检查

（1）SOE事件记录

查阅故障时刻DCS中SOE的记录，见表1所列，为DCS中SOE记录的故障时刻相关量动作时序。

表1 SOE记录的故障时刻相关量动作时序

根据上述SOE记录，ST（汽机）跳闸在先，励磁系统故障在后，进而触发发电机跳闸、厂用电切换。

2.2 励磁AVR柜报警

电气专业对励磁系统的相关报警进行检查，信息如下。

（1）AVR柜控制面板警报

AVR柜控制面板显示“警报（Alarm）”“出错（Error）”，按故障时报警时刻的先后时序，主要报警信息见表2所列。

通过查阅报警（Alarm）的故障代码“25010”，提示励磁系统发生可控硅异常，同时从表2中获知，励磁AVR通道1（CH1）及AVR通道2（CH2）均发生故障，触发励磁故障动作跳闸（Trip）。

表2 励磁AVR柜报警信息

（2）AVR装置故障录波情况

查阅AVR装置，确认在故障时刻AVR装置自带的故障录波功能录取了相关的数据波形记录，但记录的是数据文件，在装置显示器上无法查阅波形，需要导出文件后在电脑上用专用软件复原数据文件形成电气波形。

（3）发变组保护盘动作检查

故障发生后，检查发变组保护盘（A盘、B盘）仅存在“Trip”“Alarm”指示灯亮，86T3出口继电器动作，无详细保护动作指示灯亮；控制面板仅记录低频保护动作信息。

检查发变组保护压板，发现0号机发变组保护盘改造后图纸中标注为“备用”的LP13压板存在手写字样“AVR联跳”且处于投入状态，但查阅保护图纸，发现LP13压板的联跳信息及回路在图纸中缺失，即存在图纸与实际跳闸回路不相符合的问题。

3 故障原因分析

3.1 故障过程分析

在初期故障查找分析中，相关人员根据表1中DCS报警信息，曾怀疑是机组DCS系统卡件通讯异常跳闸，使故障查找陷入困境。

电气专业通过对励磁系统的相关报警记录，初步怀疑是励磁故障问题，但是励磁常见故障种类较多［1-3］，查找困难。分析认为，需要对波形进行详细的研究，才能较快地查找到故障点。通过对励磁AVR装置内故障录波数据文件进行复原，记录故障时刻的波形如图1所示，图中横坐标是时间轴（单位为ms），纵坐标为相应电气量有效值的标幺值。

从表2励磁AVR柜报警信息提示，可知励磁系统一次回路发生故障；进一步分析图1中AVR装置录取的故障时刻发电机相关电气量的波形可知，从故障起始时刻（图中红线所标）开始，首先出现发电机电压从100.5%开始下降，由于AVR装置自动电压闭环控制的功能，使得主励磁机的励磁电流增加、励磁电压增加（第1次增励磁），但结果是发电机电压并未增加反而继续下降。励磁由通道1（CH1）运行自动切换至通道2运行，并自动使励磁电流及励磁电压再次增加（第2次增励磁），结果还是发电机电压并未增加反而继续下降，最终使得AVR装置自动发出磁场开关跳闸指令而停机。

图1 AVR装置录取的故障时刻的电压电流波形

3.2 故障源的查找判断

从以上故障过程分析可知，本发电机组的三机励磁系统中，AVR控制调节器在电压闭环调节过程中副励磁机及主励磁机的电压、电流调节响应正常，只有发电机转子所属的励磁回路（即旋转整流器及发电机转子）存在电压调节响应异常的问题，所以可以初步判断问题出在旋转整理器及输出所属的励磁回路（即旋转整流器或发电机转子回路）。

3.3 故障点检查及确认

（1）故障点情况

初步判断出故障方向后，拆除旋转整流器的外罩，检查发现旋转整流器输出至发电机转子励磁的B侧连接铜母排出现断裂及碎片脱落情况，见图2。其中从连接母排上脱落的一片碎片掉落在整流二极管与散热片间，散热片及脱落碎片存在放电痕迹。

图2 连接铜母排断裂

对现场各连接螺栓标记进行检查，未发现松动及异常；对整流二极管进行正向导通、压降及反向绝缘测量，无明显异常；整流二极管正向电阻与备件新品比对基本一致。

（2）故障部位说明

图3是0号机励磁系统主回路原理图。本次故障点为图3中的旋转整流的集电环与发电机励磁绕组之间的连接铜母排，见图3中红线标注部分。

图3 励磁系统主回路原理图

需要说明的是，本次故障中AVR装置检测到的发电机电压下跌值约为2%，电压下跌值较小，但AVR装置具有的优异灵敏的检测性能及故障诊断功能，使得机组快速跳闸，防止了故障的发展扩大。

（3）历史检修记录

检查检修记录，确认在2016年机组大修时，对此连接母排及旋转整流器进行了检查，其检修报告记录转子连接排正常。在2019年1月0号机A修期间对发电机及励磁机进行检修，也未发现异常。

3.4 故障原因分析

经光谱分析，故障的连接铜母排材质确认为铜银合金，合金成份中铜占62.2%，银占35.7%，及少量的硅、镍、铬等成份。整个故障部件由8个厚度为6.4 mm的铜片叠加组成。8个铜片中有7个铜片已断裂。故障部件为随转子旋转的高速转动部件。

故障部件随机组于1997年投入运行，至今运行24年。分析认为，铜母排断裂的原因是螺栓连接处的应力集中及高速旋转引起铜母排金属疲劳而断裂。

4 处理对策及结果

针对存在的问题，采取以下对策。

（1）委托上海发电机厂制作新的连接铜排，更换故障部件及另一侧的相同部件（A侧连接母排）；对外表存在放电痕迹的整流二极管更换为新品。

（2）机组启动时先采用手动励磁控制模式，进行手动逐步增加励磁的零起升压试验，在检查无异常后再投入自动励磁控制模式。

在机组B级检修中完成整改后，于2021年6月4日顺利并网投入正常运行。

5 结语

分析励磁系统故障，最为有用的信息，是故障前后相关量的趋势图［4］。本案通过对发电机自动电压调节器（AVR）自带的录取功能录取的故障数据，经复原故障波形后，对此进行深入分析，结合对励磁设备的检查和测试，在短时间内查找到故障点，避免可能因故障原因误判而重新启动机组引起的故障扩大的隐患，为尽快恢复机组运行提供了有力的支撑。