一起ABB UNITROL-6800型勵(lì)磁系統(tǒng)故障引起的機(jī)組跳閘事故分析與處理

聞瑞士

(國能銅陵發(fā)電有限公司，安徽 銅陵 244153)

世界五百強(qiáng)企業(yè)ABB 電氣公司的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器產(chǎn)品以其運(yùn)行可靠、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，被國內(nèi)外很多發(fā)電廠不同類型機(jī)組廣泛采用。但由于ABB勵(lì)磁調(diào)節(jié)器是進(jìn)口的高精尖設(shè)備，結(jié)構(gòu)緊密、技術(shù)復(fù)雜，發(fā)電廠專業(yè)技術(shù)人員難以掌握其所有的運(yùn)維技術(shù)，其故障后分析及處理對(duì)于電廠技術(shù)人員難度較大。針對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)故障問題，業(yè)界學(xué)者與技術(shù)人員做了許多研究與分析工作。例如：婁玲嬌[1]等研究了勵(lì)磁變壓器保護(hù)配置缺乏可依據(jù)的規(guī)程，導(dǎo)致出現(xiàn)配置方案無法對(duì)發(fā)電機(jī)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)整流主回路故障進(jìn)行快速保護(hù)的問題，并提出一種快速保護(hù)方案；張?zhí)炻擺2]針對(duì)一起ABB UNITROL-5000型系統(tǒng)部件故障在更換誤操作聯(lián)跳發(fā)電機(jī)案例，制定出了一種勵(lì)磁系統(tǒng)故障在線作業(yè)評(píng)估及處理方式；陳志峰[3]等針對(duì)雙電源切換故障導(dǎo)致勵(lì)磁功率柜冷卻風(fēng)扇失電，勵(lì)磁系統(tǒng)故障觸發(fā)機(jī)組聯(lián)跳的案例，提出一種解決勵(lì)磁冷卻風(fēng)扇失電的方案；李燦[4]搭建了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能診斷和故障預(yù)測(cè)模型，實(shí)現(xiàn)了對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)故障的有效預(yù)測(cè)。本文針對(duì)T電廠1號(hào)機(jī)組在技術(shù)改造后升級(jí)換型的全新投運(yùn)的ABB UNITROL-6800型勵(lì)磁系統(tǒng)設(shè)備元器件故障造成的發(fā)電機(jī)組跳閘為案例，就故障過程、現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果、故障原因進(jìn)行分析與處理，解決故障并提出運(yùn)維建議。

1 設(shè)備情況

T電廠1號(hào)發(fā)電機(jī)組產(chǎn)自上海汽輪發(fā)電機(jī)有限公司，發(fā)電機(jī)的冷卻方式為水-氫-氫，發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁型式為發(fā)電機(jī)出口接帶勵(lì)磁變的全靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)型號(hào)：QSFN-630-2。該電廠1號(hào)機(jī)組原勵(lì)磁系統(tǒng)為ABB UNITROL-5000型系統(tǒng)，該勵(lì)磁裝置自投產(chǎn)后已運(yùn)行12年，控制系統(tǒng)卡件等設(shè)備老化嚴(yán)重，運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)增大。因此，在1號(hào)機(jī)組A級(jí)檢修期間同步將1號(hào)機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)升級(jí)改造為ABB UNITROL-6800型系統(tǒng)，型號(hào)為A6S-0/U251-S6000，勵(lì)磁型式為自并勵(lì)，出口接帶勵(lì)磁變的全靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)。該勵(lì)磁調(diào)節(jié)器參數(shù)如表1所示。

表1 數(shù)字式勵(lì)磁電壓調(diào)節(jié)器銘牌參數(shù)

UNITROL-6800型是UNITROL系列的第六代產(chǎn)品，它用于同步發(fā)電機(jī)靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)電壓調(diào)節(jié)。這一新產(chǎn)品集成了前幾代的技術(shù)知識(shí)，利用了所有設(shè)備工具和目前先進(jìn)的數(shù)字技術(shù)。T電廠1號(hào)機(jī)組勵(lì)磁調(diào)節(jié)器(硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示)包含2個(gè)完全相同并且相互獨(dú)立的控制通道，設(shè)備啟動(dòng)時(shí)默認(rèn)通道1為主通道，通道2為備用通道。正常運(yùn)行時(shí)，通道1進(jìn)行采樣、程序處理和指令發(fā)送，通道2同樣進(jìn)行采樣、程序處理并保持跟蹤通道1的輸出，以實(shí)現(xiàn)故障時(shí)無擾動(dòng)切換。每個(gè)控制通道包含1塊主控板(AC 800PEC)和1塊采樣板(CCM)，主控板通過光纖連接至采樣板、各開入開出板及整流橋接口板，負(fù)責(zé)收集信息、數(shù)據(jù)處理及指令發(fā)送。采樣板(CCM)的功能主要有發(fā)電機(jī)電壓、電流采樣以及重要信號(hào)的開入、開出(投勵(lì)、退勵(lì)、增磁、減磁、跳閘、并網(wǎng))[5]。

圖1 勵(lì)磁系統(tǒng)硬件布局

2 事故過程

某日零時(shí)26分，1號(hào)機(jī)組負(fù)荷583 MW，發(fā)電機(jī)出口電壓20.93 kV、發(fā)電機(jī)無功288 Mvar、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電壓434 V、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流4310 A，電氣報(bào)警畫面突發(fā)“AVR故障或勵(lì)磁系統(tǒng)故障”、“勵(lì)磁系統(tǒng)通道1失效”、“勵(lì)磁系統(tǒng)通道2失效”、“發(fā)電機(jī)勵(lì)磁裝置總報(bào)警”光字牌報(bào)警，控制盤電氣保護(hù)動(dòng)作報(bào)警畫面如圖2所示；1號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)ETS(汽輪機(jī)跳閘保護(hù))保護(hù)動(dòng)作，跳閘首出原因“發(fā)變組保護(hù)”；1號(hào)機(jī)組鍋爐MFT(鍋爐主燃料跳閘)動(dòng)作，1號(hào)機(jī)組跳閘。

圖2 發(fā)電機(jī)組電氣報(bào)警光字牌畫面

3 設(shè)備故障檢測(cè)與處理

UNITROL-6800型勵(lì)磁系統(tǒng)為雙通道配置，一套在運(yùn)行，另一套保持跟蹤以實(shí)現(xiàn)無擾動(dòng)切換。每個(gè)通道包含主控板和采樣板等元件。其中當(dāng)一個(gè)通道出現(xiàn)主控板失電、主控板不能正常工作或外回路故障如TV斷線時(shí)，會(huì)自動(dòng)切換到另一通道，實(shí)現(xiàn)正常功能。但兩個(gè)通道同時(shí)接收發(fā)變組跳閘信號(hào)，只要其中一套收到該信號(hào)，則會(huì)發(fā)出跳滅磁開關(guān)指令。

3.1 事件記錄分析

本次事件中1號(hào)機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)通道1未收到External Trip信號(hào)，勵(lì)磁系統(tǒng)通道2最先收到External Trip(即發(fā)變組發(fā)出的跳閘信號(hào))。經(jīng)檢查勵(lì)磁系統(tǒng)通道2從External Trip報(bào)警到該跳閘信號(hào)復(fù)歸只持續(xù)了6.1 ms，而發(fā)變組保護(hù)的正常跳閘指令應(yīng)為保持信號(hào)，期間1號(hào)機(jī)組的發(fā)變組保護(hù)裝置并未發(fā)出任何保護(hù)動(dòng)作跳閘指令，因此該信號(hào)為干擾誤動(dòng)作信號(hào)。另外，勵(lì)磁系統(tǒng)接收發(fā)變組保護(hù)動(dòng)作信號(hào)使用的是大功率中間繼電器(動(dòng)作功率大于5 W)，其抗干擾能力強(qiáng)，可排除中間繼電器誤動(dòng)作的可能性，分析認(rèn)為故障原因系勵(lì)磁系統(tǒng)元器件板卡質(zhì)量問題導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)作。

3.2 現(xiàn)場檢測(cè)分析

經(jīng)T電廠電氣專業(yè)技術(shù)人員會(huì)同設(shè)備廠家聯(lián)合現(xiàn)場進(jìn)一步檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)單獨(dú)強(qiáng)制通道2 的CCM板(采樣板)的External Trip動(dòng)作信號(hào)后，相關(guān)事件記錄與本次勵(lì)磁系統(tǒng)保護(hù)動(dòng)作跳閘事件記錄完全一致，因此判斷跳閘原因系勵(lì)磁系統(tǒng)元器件故障(通道2 的CCM板卡質(zhì)量問題)，造成接收發(fā)變組保護(hù)跳閘信號(hào)的數(shù)字量開入接點(diǎn)誤動(dòng)作，導(dǎo)致勵(lì)磁系統(tǒng)故障、機(jī)組跳閘。

3.3 故障處理

T電廠電氣專業(yè)技術(shù)人員會(huì)同設(shè)備廠家技術(shù)人員更換一套全新的勵(lì)磁系統(tǒng)通道2 的CCM采樣板，并進(jìn)行模擬量、數(shù)字量開入開出信號(hào)檢測(cè)，確認(rèn)正常后，復(fù)歸1號(hào)機(jī)組勵(lì)磁所有跳閘保護(hù)信號(hào)，1號(hào)機(jī)組申請(qǐng)并網(wǎng)。至當(dāng)日7時(shí)46分，1號(hào)機(jī)組并網(wǎng)成功，確認(rèn)故障消除。

4 事故原因分析

4.1 直接原因

由于1號(hào)機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)由原ABB UNITROL-5000系統(tǒng)改造為ABB UNITROL-6800系統(tǒng)，由設(shè)備廠家EPC總承包，負(fù)責(zé)工程的設(shè)計(jì)、設(shè)備供貨、施工、調(diào)試、涉網(wǎng)試驗(yàn)等全部工作并對(duì)所有供貨設(shè)備質(zhì)量負(fù)責(zé)。T電廠1號(hào)機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)改造后，由于勵(lì)磁系統(tǒng)元器件(通道2的 CCM板卡)質(zhì)量存在嚴(yán)重問題，造成接收發(fā)變組保護(hù)跳閘信號(hào)的數(shù)字量開入接點(diǎn)誤動(dòng)作，直接導(dǎo)致了勵(lì)磁系統(tǒng)故障，從而機(jī)組跳閘。

圖3 故障通道2的CCM板卡模塊

4.2 其他原因

T電廠1號(hào)機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)改造時(shí)，電廠專業(yè)技術(shù)人員對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)升級(jí)改造EPC工程質(zhì)量把關(guān)不嚴(yán)，未及時(shí)發(fā)現(xiàn)勵(lì)磁系統(tǒng)CCM采樣板卡可能存在的故障問題。涉事專業(yè)技術(shù)人員技術(shù)水平薄弱，對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)改造相關(guān)知識(shí)掌握不深，未能有效預(yù)判潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)和隱患，工程質(zhì)量監(jiān)理驗(yàn)收把控不嚴(yán)。

5 暴露問題與防范整改措施

5.1 暴露問題

a.設(shè)備管理不細(xì)致。相關(guān)人員對(duì)新改造設(shè)備隱患排查不徹底、不細(xì)致、不深入，未及時(shí)發(fā)現(xiàn)勵(lì)磁系統(tǒng)CCM采樣板卡可能存在的質(zhì)量問題。

b.對(duì)檢修質(zhì)量把關(guān)不嚴(yán)，驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行不到位，沒有高標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)要求嚴(yán)格執(zhí)行驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

c.技術(shù)監(jiān)督管理不到位。相關(guān)人員沒有吸取其他電廠出現(xiàn)的類似事故教訓(xùn)，對(duì)新設(shè)備可能存在隱患了解不細(xì)致、不全面，未能有效預(yù)判潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)和隱患。

d.安全風(fēng)險(xiǎn)分析不足。相關(guān)人員對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)重要性認(rèn)識(shí)不足，風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)不全面，對(duì)新投產(chǎn)設(shè)備可能出現(xiàn)的安全運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)問題認(rèn)識(shí)不足。

e.專業(yè)技術(shù)人員崗位技能培訓(xùn)不足。專業(yè)技術(shù)人員技能不足，檢查、診斷水平不夠高，對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)改造后可能出現(xiàn)的事故缺少處理預(yù)判斷和防范措施。

5.2 防范與整改措施[6-8]

a.電廠全體人員深刻汲取勵(lì)磁系統(tǒng)故障跳機(jī)事件教訓(xùn)，牢固樹立安全紅線意識(shí)和底線思維，按照“四不放過”原則，深入進(jìn)行事件討論、分析，真正將事件教訓(xùn)入腦入心，避免類似事件發(fā)生。

b.加強(qiáng)電廠設(shè)備管理。設(shè)備管理人員全面梳理設(shè)備設(shè)施的運(yùn)行、使用狀態(tài)，有序組織預(yù)防性的檢查、維護(hù)和檢修，深抓設(shè)備管理中存在的問題。電廠各專業(yè)要有計(jì)劃地對(duì)全廠設(shè)備進(jìn)行深入隱患排查，按照隱患等級(jí)進(jìn)行分類并制定整治計(jì)劃和落實(shí)責(zé)任，切實(shí)提高設(shè)備管理水平。

c.嚴(yán)把設(shè)備檢修與改造質(zhì)量關(guān)。電廠設(shè)備管理部門完善檢修驗(yàn)收管理制度，尤其對(duì)改造設(shè)備的質(zhì)量、參數(shù)、邏輯、功能等要嚴(yán)格執(zhí)行檢修質(zhì)量三級(jí)驗(yàn)收制度，避免存在驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)不嚴(yán)的情況，確保提高設(shè)備檢修、改造后的可靠性。

d.電廠技術(shù)監(jiān)督人員要嚴(yán)格根據(jù)勵(lì)磁系統(tǒng)技術(shù)監(jiān)督相關(guān)文件要求，對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)硬件及邏輯進(jìn)行全面梳理，對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)還可能存在的隱患進(jìn)行逐一排查，對(duì)發(fā)現(xiàn)的缺陷和隱患迅速進(jìn)行優(yōu)化處理，杜絕類似事故再次發(fā)生。

e.強(qiáng)化設(shè)備零部件管理。設(shè)備管理人員要求廠家提供勵(lì)磁系統(tǒng)各個(gè)零部件壽命清單，建立健全設(shè)備零部件管理臺(tái)賬，對(duì)重要零部件和易損零部件要多備一些備品備件。

f.電廠專業(yè)技術(shù)人員要強(qiáng)化崗位技能培訓(xùn)。電廠要針對(duì)ABB UNITROL-6800型系統(tǒng)加大專業(yè)技術(shù)人員培訓(xùn)力度，提高人員分析、判斷故障及處理問題的技能水平，提高專業(yè)人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)并有效處理異常情況的能力，才能防患未然。

g.針對(duì)非停事件制定的防范措施，電廠內(nèi)要定期組織溫故學(xué)習(xí)，使全體人員杜絕麻痹思想，夯實(shí)安全生產(chǎn)穩(wěn)定形勢(shì)。

6 結(jié)束語

勵(lì)磁系統(tǒng)是發(fā)電機(jī)控制的核心系統(tǒng)，勵(lì)磁系統(tǒng)的安全穩(wěn)定事關(guān)發(fā)電機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的全局。ABB UNITROL-6800型系統(tǒng)對(duì)許多電廠來說是一個(gè)全新的技術(shù)先進(jìn)的系統(tǒng)，存在許多電廠專業(yè)技術(shù)人員沒有掌握的技術(shù)壁壘，如果僅憑以往較老的勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)來處理UNITROL-6800型系統(tǒng)的故障問題可能并不奏效。應(yīng)該要有計(jì)劃地全面地對(duì)ABB UNITROL-6800型系統(tǒng)做技術(shù)培訓(xùn)，并加強(qiáng)與同類型設(shè)備的電廠技術(shù)人員以及設(shè)備廠家的工程師溝通交流經(jīng)驗(yàn)，共同提高業(yè)務(wù)技能，才能在故障發(fā)生時(shí)精確快速地消除故障。