火力發(fā)電廠發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)常見(jiàn)故障分析

王偉

（安徽淮南平圩發(fā)電有限責(zé)任公司，安徽 淮南 232000）

在勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，主要為發(fā)電機(jī)提供所需要的勵(lì)磁電流，該裝置屬于大型設(shè)備范疇，與整體系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)密切相關(guān)，與發(fā)電機(jī)的工作情況密切相關(guān)。截止到目前，發(fā)電機(jī)常見(jiàn)勵(lì)磁方式主要包括以下幾種：第一，直流勵(lì)磁現(xiàn)象，第二種為靜止勵(lì)磁現(xiàn)象。由此形成人們常說(shuō)的勵(lì)磁機(jī)，該裝置屬于并激直流發(fā)電機(jī)。

1 火電廠大型汽輪發(fā)電機(jī)無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)常見(jiàn)故障分析

1.1 故障的基本情況

某火力發(fā)電廠發(fā)電機(jī)類(lèi)型為汽輪發(fā)電機(jī)，總功率為300MW，主要使用的勵(lì)磁方式為無(wú)刷勵(lì)磁。在整體裝置一年的運(yùn)行過(guò)程中，共發(fā)生了30次故障現(xiàn)象。后續(xù)發(fā)電廠鍋爐又出現(xiàn)了爆炸現(xiàn)象，整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)入了停機(jī)維修狀態(tài)。該發(fā)電廠借此機(jī)會(huì)重新實(shí)施并網(wǎng)，此時(shí)發(fā)電機(jī)組突然出現(xiàn)跳機(jī)現(xiàn)象，故障信號(hào)以失磁為主。從跳機(jī)時(shí)機(jī)組的整體功率以及電壓情況可以看出，無(wú)功功率出現(xiàn)了大幅度下降，這也充分說(shuō)明在此種情況之下，電壓下降速度極快。在該項(xiàng)事故發(fā)生之后，在沒(méi)有開(kāi)展任何檢查工作的情況下，機(jī)組繼續(xù)沖轉(zhuǎn)了3000轉(zhuǎn)，并對(duì)自動(dòng)模式AVR繼續(xù)投入勵(lì)磁，此時(shí)，當(dāng)在線電壓升高至13kV之后，AVR通道出現(xiàn)了全部跳閘現(xiàn)象。此時(shí)，工作人員采取了應(yīng)急手段，將發(fā)電廠中的所有自動(dòng)模式改為手動(dòng)，開(kāi)展二次起勵(lì)工作，發(fā)現(xiàn)電壓的升高幅度并不大。測(cè)量結(jié)果顯示，當(dāng)定子的磁場(chǎng)電流大于80A時(shí)，電壓的數(shù)值要低于額定數(shù)值很多。另外，從保護(hù)記錄中也可以看出，操作人員實(shí)施過(guò)4次的復(fù)歸操作，但無(wú)一次成功。從這里也可以看出，由于工作人員的不正確處理，導(dǎo)致機(jī)組中的兩接地點(diǎn)同時(shí)接地，進(jìn)而引發(fā)了失磁現(xiàn)象。

1.2 系統(tǒng)檢查

首先，在AVR檢查過(guò)程中，如果發(fā)電機(jī)在使用過(guò)程中沒(méi)有出現(xiàn)功能和硬件故障，但具體的保護(hù)裝置設(shè)計(jì)情況完全不同，其中第二組的設(shè)置數(shù)量較少，保護(hù)深度也相對(duì)較低。其次，對(duì)電氣系統(tǒng)進(jìn)行檢查。第一，永磁機(jī)。在具體工作過(guò)程中，由于電纜的規(guī)格和材料存在很多問(wèn)題，很容易導(dǎo)致永磁機(jī)與AVR定子直流側(cè)壓降出現(xiàn)不合理情況，甚至還會(huì)出現(xiàn)壓降過(guò)大等問(wèn)題。第二，故障錄波器。在工作過(guò)程中，由于錄波器沒(méi)有對(duì)啟動(dòng)參數(shù)進(jìn)行合理設(shè)置，一旦勵(lì)磁系統(tǒng)出現(xiàn)故障問(wèn)題，很難在第一時(shí)間內(nèi)啟動(dòng)錄波器。第三，電氣保護(hù)與整定。由現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果顯示，在故障跳閘過(guò)程中，總體邏輯屬于Class A，但由于業(yè)主的專(zhuān)業(yè)知識(shí)不足，很容易將其改變成Class B，這樣一來(lái)，跳機(jī)時(shí)間將會(huì)出現(xiàn)大幅度延長(zhǎng)。另外，2號(hào)機(jī)組中的勵(lì)磁保護(hù)參數(shù)要高于AVR，而1號(hào)機(jī)組則相對(duì)較低，這也引發(fā)了邏輯上的矛盾。

1.3 故障原因

由該發(fā)電廠中的電網(wǎng)運(yùn)行情況可以知，電廠中的機(jī)組始終處于孤網(wǎng)之中，如果整個(gè)磁場(chǎng)會(huì)按照一定的速度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，磁場(chǎng)轉(zhuǎn)子將會(huì)以以下角度度進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)：

該式中，w0代表定子側(cè)電源的電角速度，wr代表轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)中的電角速度，wc代表與磁場(chǎng)相對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)速度。從這里也可以看出，轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流和定制電流之間也存在很大關(guān)聯(lián)，在工作中相關(guān)工作人員應(yīng)提高重視程度。

該火力發(fā)電廠實(shí)際運(yùn)行情況包括：第一，有電網(wǎng)的總?cè)萘刻?，在運(yùn)行過(guò)程中很容易受到其他因素的影響，最終引起更多不平衡問(wèn)題的出現(xiàn)。第二，如果發(fā)電機(jī)始終處于低頻狀態(tài)，此時(shí)的頻率大概能夠保持在48.3Hz左右。第三，如果發(fā)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)電壓較低，對(duì)后續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)將會(huì)出現(xiàn)很大波動(dòng)。從上述情況可以看出，由于電網(wǎng)壓力過(guò)于薄弱，很容易出現(xiàn)新的問(wèn)題，如負(fù)荷不平衡等。

1.4 故障討論

在2號(hào)機(jī)組工作過(guò)程中，容易產(chǎn)生很多質(zhì)量隱患，通過(guò)以往的工作類(lèi)型來(lái)看，如果電壓存在跳頻現(xiàn)象，最終依然會(huì)導(dǎo)致跳機(jī)現(xiàn)象。另外，在各種因素的共同影響下，轉(zhuǎn)子絕緣系統(tǒng)也會(huì)受到影響，從而容易產(chǎn)生接地故障。另外，接地故障如果發(fā)生在事故之前，同樣未得到有效處理，2號(hào)機(jī)組將繼續(xù)處于運(yùn)行狀態(tài)，最終出現(xiàn)兩點(diǎn)接地現(xiàn)象。另外，在跳機(jī)之后，工作人員也并未進(jìn)行深層次檢查，最終導(dǎo)致轉(zhuǎn)子出現(xiàn)損傷。

1.5 故障處理

首先，對(duì)AVR進(jìn)行改進(jìn)，在該裝置改進(jìn)過(guò)程中，需要對(duì)AVR的使用功能進(jìn)行檢查，并通過(guò)對(duì)裝置的有效保護(hù)和參數(shù)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)整體裝置性能的有效提升。與此同時(shí)，還可以與回路電纜結(jié)合在一起，對(duì)PMG進(jìn)行實(shí)時(shí)更換，這樣一來(lái)，才能為2號(hào)機(jī)組提供運(yùn)行保障。另外，工作人員應(yīng)與相關(guān)設(shè)備廠家保持聯(lián)系，做到機(jī)組運(yùn)行參數(shù)的規(guī)范設(shè)定，最終提升整個(gè)勵(lì)磁系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定度。其次，對(duì)故障錄波器進(jìn)行改進(jìn)。在此過(guò)程中，需要嚴(yán)格按照技術(shù)規(guī)范進(jìn)行，并根據(jù)發(fā)電廠運(yùn)行的實(shí)際情況，對(duì)獨(dú)立式錄波器進(jìn)行安裝和調(diào)試。

2 火電廠自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)常見(jiàn)故障分析

2.1 故障基本情況

在某電廠運(yùn)行過(guò)程中，8號(hào)勵(lì)磁互感器通過(guò)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)了電流突變情況，在很短時(shí)間內(nèi)，該勵(lì)磁互感器便達(dá)到了飽和狀態(tài)，并在40ms后出現(xiàn)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，又經(jīng)過(guò)了10ms，勵(lì)磁開(kāi)關(guān)關(guān)閉，導(dǎo)致跳機(jī)現(xiàn)象的出現(xiàn)。

2.2 故障原因

從具體的故障錄波圖中可以發(fā)現(xiàn)，B相回路是整個(gè)事故發(fā)生的起始位置，由于電流互感器中存在短路電流，此時(shí)勵(lì)磁電流互感器及高壓繞組也會(huì)參與到其中，為故障發(fā)生創(chuàng)造了條件。另外，由于勵(lì)磁變電動(dòng)力已經(jīng)超出了系統(tǒng)所能承受的穩(wěn)定極限，導(dǎo)致上半部分的絕緣裝置已經(jīng)出現(xiàn)了開(kāi)裂情況，甚至連高壓繞組也出現(xiàn)了移位情況。隨著發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的不斷運(yùn)行，故障范圍也會(huì)得到進(jìn)一步擴(kuò)大，出現(xiàn)這種情況的主要原因：首先，電流互感器的自身穩(wěn)定性十分有限，很難承受住短路所產(chǎn)生的瞬間電流。其次，由于經(jīng)過(guò)電流互感器的電流越來(lái)越大，最終會(huì)超出電流互感器的最大電流，引發(fā)三相短路情況的出現(xiàn)。

2.3 故障處理

在火力發(fā)電廠大面積修復(fù)作業(yè)開(kāi)展過(guò)程中，除了常規(guī)實(shí)驗(yàn)工作的開(kāi)展之外，還需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)，對(duì)感應(yīng)電壓進(jìn)行全面掌握，第一，可以提升考核力度和穩(wěn)定程度，以此來(lái)確保勵(lì)磁變壓器的自身質(zhì)量得到合理控制。第二，勵(lì)磁變壓器中的電流互感器需要進(jìn)行重新安裝和檢查，尤其是高壓側(cè)部位的電流互感器，必須改變傳統(tǒng)的澆注式原理，盡管與穩(wěn)定性關(guān)聯(lián)并不大，但仍然會(huì)出現(xiàn)電場(chǎng)不平衡等問(wèn)題，對(duì)系統(tǒng)的整體運(yùn)行產(chǎn)生影響。另外，除了對(duì)電流互感器的布置情況進(jìn)行合理評(píng)估之外，還要保證維護(hù)工作的全面開(kāi)展，尤其是在整流元件的檢查上提高重視程度，將均流系數(shù)控制在0.85以上。第三，可以將絕緣隔板取消，絕緣隔板的設(shè)置并不是產(chǎn)生故障的主要原因，但由于環(huán)氧板具備較強(qiáng)的吸潮特點(diǎn)，在安裝位置的選擇上也需要進(jìn)行特殊的分析。整體來(lái)看，之前設(shè)置的絕緣隔板不僅沒(méi)有將隔離作用發(fā)揮出來(lái)，還會(huì)因?yàn)槌睗瘳F(xiàn)象降低了電氣絕緣效果，最終產(chǎn)生爬電問(wèn)題。

3 火力發(fā)電廠發(fā)電機(jī)升不起壓

3.1 故障原因

在具體系統(tǒng)建設(shè)過(guò)程中，可以將剩余磁量作為誘導(dǎo)因素，如果勵(lì)磁系統(tǒng)的電磁量不足時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)也無(wú)法形成較高的電壓。此時(shí)，如果沒(méi)有新的發(fā)電機(jī)參與到工作之中，磁量的剩余又將進(jìn)一步降低，甚至還會(huì)出現(xiàn)消失情況，從而出現(xiàn)發(fā)電機(jī)提不起電壓的情況。為了避免這一情況的出現(xiàn)，相關(guān)工作人員可以對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行全面檢修。如果出現(xiàn)了接線錯(cuò)誤問(wèn)題，在發(fā)電機(jī)重啟之后，鐵芯中的剩磁方向與繞組中產(chǎn)生的磁通方向剛好相反，這樣一來(lái)，剩磁便會(huì)完全消失。另外，在實(shí)際實(shí)驗(yàn)工作中，例如直流電阻的測(cè)定，如果沒(méi)有將勵(lì)磁回路斷開(kāi)，直流電流所產(chǎn)生的磁通方向與剩磁方向相反，此時(shí)依然會(huì)出現(xiàn)剩磁消失情況。

3.2 故障解決方法

在正常檢修工作開(kāi)展過(guò)程中，勵(lì)磁回路的接線應(yīng)保持較高的準(zhǔn)確性，還要將拆下來(lái)的線頭貼上明確的掛標(biāo)和標(biāo)識(shí)牌，最終可以將相關(guān)問(wèn)題避免。除此之外，在具體的直流電阻實(shí)驗(yàn)開(kāi)展時(shí)，在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始之前需要將系統(tǒng)中的回路徹底斷開(kāi)，等到所有檢測(cè)工作結(jié)束之后再將系統(tǒng)回路進(jìn)行重接通。如果整個(gè)線路不能有效斷開(kāi)，直流電和勵(lì)磁器之間也需要保持正確的接觸方式。其次，還要對(duì)發(fā)電機(jī)的起勵(lì)電源進(jìn)行深入檢查，確保整體運(yùn)行穩(wěn)定、功率柜保持正常等。最后，在所有檢測(cè)工作全部結(jié)束之后，相關(guān)工作人員還要對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行運(yùn)行之間的測(cè)試，確保各項(xiàng)指標(biāo)穩(wěn)定之后再投入到實(shí)際工作之中。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，勵(lì)磁系統(tǒng)的正常與否，與火力發(fā)電廠中發(fā)電機(jī)的運(yùn)行情況存在直接聯(lián)系。為了保證各項(xiàng)工作的穩(wěn)定開(kāi)展，工作人員需要對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行定期檢修，一旦出現(xiàn)問(wèn)題應(yīng)立即進(jìn)行解決，從而提升整個(gè)機(jī)組的運(yùn)行效率，這也是各個(gè)火力發(fā)電廠的職責(zé)所在。因此，相關(guān)工作人員需要積極總結(jié)故障經(jīng)驗(yàn)，為后續(xù)工作的開(kāi)展提供有利條件。

[1] 宋強(qiáng).探究火力發(fā)電廠電氣運(yùn)行中的故障原因及改善措施[J].科技與創(chuàng)新,2017，(24):75-76.

[2] 張國(guó)卿.構(gòu)建“01234”消防安全管理模式,打造平安火力發(fā)電廠[J].科技風(fēng),2017，(14):219+246.

[3] 王曉宙,張瀟.火力發(fā)電廠電氣運(yùn)行中故障原因及應(yīng)對(duì)措施[J].電子技術(shù)與軟件工程,2017，(01):249-250.