吳 杰,鄧 耀
(1.五凌電力有限公司洪江水電廠,湖南 懷化 418200;2.湖南省水電智慧化工程技術(shù)研究中心,湖南 長沙 410004)
某電廠位于湖南省懷化市境內(nèi),沅江中上游,發(fā)電機采用燈泡貫流式水輪發(fā)電機組,共裝機6臺,總?cè)萘繛?7萬kW,單機容量為45 MW,電廠主接線為單母線結(jié)構(gòu),兩機一變接線單元,兩條出線送出,電壓等級為220 kV。電廠1~2號機組勵磁調(diào)節(jié)器為廣州擎天有限公司生產(chǎn)的EXC9200型微機勵磁調(diào)節(jié)器,而3~6號機組調(diào)節(jié)器為ABB生產(chǎn)的UNITROL5000型勵磁調(diào)節(jié)器。UNITROL5000型勵磁系統(tǒng)至今已投運近20年,部分元器件老化嚴重,程序邏輯未得到有效更新,自投產(chǎn)以來,UNITROL5000勵磁系統(tǒng)先后出現(xiàn)過數(shù)次因磁場斷路器跳閘引起的開機不成功事件,但現(xiàn)場勵磁調(diào)節(jié)器及監(jiān)控系統(tǒng)均無任何報警信息,保護裝置也未有任何異常信息,磁場斷路器跳閘原因難以判斷,這給機組的安全穩(wěn)定運行帶來了較大的安全隱患。
本文結(jié)合UNITROL5000型勵磁系統(tǒng)軟件原理圖及設備二次回路控制圖,采用排除法對磁場斷路器偶然性跳閘的原因進行詳細的分析,找出根源所在,并提出有效的解決方案及防范措施,使問題得到徹底解決,保證機組安全穩(wěn)定運行。
(1)2020年12月30日,滅磁開關(guān)跳閘后專業(yè)人員到現(xiàn)場檢查,現(xiàn)場勵磁系統(tǒng)無任何告警信號,對滅磁開關(guān)跳閘繼電器端子進行了緊固,繼電器線圈阻值正常。聯(lián)系調(diào)度再次開機至空載正常。
(2)2021年01月09日,集控下令開機至并網(wǎng)。上位機開機至空載后,滅磁開關(guān)分閘動作,開機過程中勵磁系統(tǒng)建壓失敗。專業(yè)人員立即對機組勵磁系統(tǒng)進行檢查,發(fā)現(xiàn)5號機滅磁開關(guān)已分閘,勵磁系統(tǒng)未起勵,勵磁柜人機面板無起勵失敗信號及歷史告警記錄。聯(lián)系集控第二次發(fā)開機至空載令后,勵磁建壓成功,機組并網(wǎng)運行正常。
2次均是空載令下達成功后,滅磁開關(guān)合閘,約45 ms,滅磁開關(guān)分閘動作,機組開機過程中勵磁系統(tǒng)建壓失敗?,F(xiàn)場檢查勵磁系統(tǒng)、保護系統(tǒng)及監(jiān)控系統(tǒng)無任何告警信息。根據(jù)勵磁系統(tǒng)邏輯原理圖及二次回路控制圖,對現(xiàn)場相關(guān)設備進行檢查,初步判斷為磁場斷路器偷跳導致勵磁系統(tǒng)建壓失敗,更換磁場斷路器后,多次開機至空載,建壓成功。
因為故障是由磁場斷路器異常跳閘造成發(fā)電機開機不成功,所以首先分析引起磁場斷路器異常跳閘的可能原因有哪幾種,分析每種原因的可能性,采用排除法定位磁場斷路器異常跳閘唯一原因,最后通過試驗驗證唯一原因的正確性。
通過對磁場斷路器分合閘控制圖1分析可得引起磁場斷路器分閘原因有7種可能,具體如下:
圖1 磁場斷路器分合閘控制
(1)勵磁調(diào)節(jié)器內(nèi)部故障1,使勵磁調(diào)節(jié)器開入開出板U70中接點閉合,內(nèi)部跳閘繼電器K01勵磁動作;K01常開輔助觸點閉合,磁場斷路器Q02兩組分閘線圈帶電動作,最終磁場斷路器Q02分閘。
(2)勵磁調(diào)節(jié)器內(nèi)部故障2,使勵磁調(diào)節(jié)器開入開出板U71中接點閉合,內(nèi)部跳閘繼電器K02勵磁動作;K02常開輔助觸點閉合,磁場斷路器Q02兩組分閘線圈帶電動作,最終磁場斷路器Q02分閘。
(3)發(fā)電機保護Ⅰ跳閘或監(jiān)控系統(tǒng)下達磁場斷路器分閘命令時,X21:1/X21:51接點閉合,外部跳閘繼電器K03勵磁動作;K03常開輔助觸點閉合,磁場斷路器Q02兩組分閘線圈帶電動作,最終磁場斷路器Q02分閘。
(4)發(fā)電機保護Ⅱ跳閘或水機保護跳閘,X22:1/X22:51接點閉合,外部跳閘繼電器K04勵磁動作;K04常開輔助觸點閉合,磁場斷路器Q02兩組分閘線圈帶電動作,最終磁場斷路器Q02分閘。
(5)通過勵磁調(diào)節(jié)器操作面板或手持機等下達磁場斷路器分閘命令,勵磁調(diào)節(jié)器開入開出板U70中接點閉合,繼電器K05勵磁動作,K05常開輔助觸點閉合,磁場斷路器Q02兩組分閘線圈帶電動作,最終磁場斷路器Q02分閘。
(6)K01、K02、K03、K04、K05繼電器本身故障,造成繼電器常開接點閉合,使得磁場斷路器Q02分閘。
(7)磁場斷路器由于本體合閘機械機構(gòu)存在缺陷,造成磁場斷路器異常偷跳。
內(nèi)部跳閘繼電器K01和K02勵磁動作條件:勵磁調(diào)節(jié)器通道需運行,且勵磁系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)生故障。動作現(xiàn)象:監(jiān)控系統(tǒng)會有FCB事故跳閘告警信號,勵磁調(diào)節(jié)器會有內(nèi)部故障信號(如二級管短路、轉(zhuǎn)子過電壓、整流橋溫度過高等)。而近期二次磁場斷路器異常跳閘都處于起勵過程,調(diào)節(jié)器通道未運行,且勵磁調(diào)節(jié)器及監(jiān)控系統(tǒng)均無任何告警信號,所以排除由于勵磁調(diào)節(jié)器內(nèi)部故障,引起K01及K02勵磁動作的可能性。
(1)發(fā)電機保護Ⅰ、Ⅱ跳、監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)跳閘命令及水機保護動作,造成外部跳閘繼電器K03、K04勵磁動作,查看發(fā)電機保護裝置及監(jiān)控系統(tǒng),無發(fā)電機保護動作或水機保護動等報警信息,也未發(fā)任何跳閘命令。
(2)對保護裝置、監(jiān)控系統(tǒng)、勵磁調(diào)節(jié)器磁場斷路器外部跳閘接點X22:1/X22:51兩側(cè)接線進行檢查,未發(fā)現(xiàn)任何松動或短路現(xiàn)象。
(3)查看勵磁調(diào)節(jié)器外部跳閘邏輯原理圖2,外部跳閘繼電器K03和K04動作后,U70第9點輸入10709(EXTL TRIP)動作,通過SR觸發(fā)器保持動作令,同時滿足FCB OPEN(已分閘),將出口FCB TRIP跳閘信號至監(jiān)控系統(tǒng)報警?,F(xiàn)場檢查勵磁調(diào)節(jié)器及監(jiān)控系統(tǒng)無FCB跳閘信號,F(xiàn)CB已分接點(U70,11/Q02 31:32)動作正常,而且開機至空載前,上位機會下發(fā)所有事故復歸令,所以存在外部跳閘令保持的情況概率非常小,幾乎排除。
圖2 勵磁調(diào)節(jié)器外部跳閘邏輯
通過以上分析,排除外部跳閘繼電器K03和K04勵磁動作可能性。
繼電器K05勵磁動作,必須由U70板,4號接點(FCB OFF)開出,對應邏輯圖為10309(FCB OFF)。從勵磁投退控制邏輯圖可知滅磁開關(guān)分閘命令(FCB OFF)開出有以下幾種方式:
(1)勵磁跳閘(TRIP CMD),造成滅磁開關(guān)分閘;而勵磁跳閘置1原因有失勵跳閘、跨接器失敗、轉(zhuǎn)子過電壓、勵磁電流瞬時過流、整流橋失效、勵磁變壓器過溫等故障,但這些故障發(fā)生必然有告警信號或必須在運行情況下才會發(fā)生,所以排除勵磁故障,勵磁跳閘置1造成滅磁開關(guān)分閘可能性。
(2)面 板 分(LCP FB OFF)或 退 勵 磁 令(EXC OFF)分FCB,但這種情況必須在有分閘命令而且需要在通道運行的情況下才能分FCB,所以排除面板或退勵磁分FCB可能性。
(3)跨接器故障(FCB OFF MON)分FCB,這種情況必須在運行情況下,跨接器動作或故障下才會執(zhí)行分FCB令,現(xiàn)場勵磁系統(tǒng)未運行,且無跨接器任何異常信號,所以排除跨接器分FCB可能性。
(4)外部跳閘(10709)分FCB,這種情況與外部跳閘K03與K04分析一致。
(1)對5個跳閘繼電器外觀完好度、電源及接點接線進行檢查,未發(fā)現(xiàn)任何短接或破損現(xiàn)象。
(2)單獨對5個跳閘繼電器進行校驗,繼電器校驗數(shù)據(jù)均合格,即可排除跳閘繼電器本身故障原因,具體試驗數(shù)據(jù)如下:
表1 跳閘繼電器具體試驗數(shù)據(jù)
通過排除法,已經(jīng)排除了前面6種磁場斷路器跳閘的可能性,幾乎可以鎖定磁場斷路器異常跳閘的原因為磁場斷路器異常偷跳。對磁場斷路器進行詳細的檢查,檢查結(jié)果見表2。
表2 磁場斷路器檢查情況
通過對磁場斷路器的詳細檢查,發(fā)現(xiàn)合閘操作機構(gòu)部分構(gòu)成存在磨損現(xiàn)象,這可能導致合閘機構(gòu)穩(wěn)定性不夠,使得磁場斷路器合閘后,又發(fā)生觸頭垂直滑位,造成磁場斷路器異常跳閘。
經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)磁場斷路器合閘機構(gòu)穩(wěn)定性不夠故障較為常見,即磁場斷路器合閘,主觸頭閉合到位,又發(fā)生主觸頭垂直滑位,接觸電阻增大的現(xiàn)象,造成機組在開機時起勵建壓失敗,嚴重時使運行機組失磁。因此,必須調(diào)整機構(gòu)的穩(wěn)定度。機構(gòu)的工作穩(wěn)定性與機構(gòu)過死點距離a有關(guān)。造成機構(gòu)過死點距離a不符合要求原因有:多次跳合閘使得采用環(huán)氧板制作的連桿連接孔磨損增大。
本次對機械機構(gòu)故障的磁場斷路器進行了更換。用于更換的磁場斷路器相關(guān)試驗數(shù)據(jù)均合格。磁場斷路器更換后,重新開機并網(wǎng),勵磁系統(tǒng)無任何異常。至今設備運行一直良好,故障再未出現(xiàn),證明該隱患得到徹底解決。
(1)將磁場斷路器日常巡查工作列入防非停措施,日常對磁場斷路器狀態(tài)及信號進行巡查。
(2)利用機組停機機會,每季度定期對磁場斷路器進行詳查:儲能電機及機構(gòu)是否破損、手動儲能是否正常、分合閘是否正常、操作機構(gòu)是否正常等。
(3)檢修期間,對磁場斷路器開展電氣試驗、觸頭及滅弧罩等檢查、分合閘線圈檢查、儲能彈簧檢查、合閘機構(gòu)穩(wěn)定度調(diào)整等。
(4)磁場斷路器電氣試驗主要包括:斷路器絕緣電阻、斷路器直流電阻、分合閘線圈電阻、斷路器動作特性試驗、分合閘最小電壓試驗(最小電壓均不得大于80%Ue(176 V))。
(5)觸頭檢查:檢查滅弧室的狀態(tài),滅弧室本體必須沒有損傷,滅弧片既沒有受腐蝕也沒有受損;使用壓縮氣吹掉灰塵,然后使用刷子清除所有煙熏和熔渣的痕跡;檢查觸點狀態(tài)良好;肉眼檢查主板和滅弧板都在原位;若發(fā)現(xiàn)滅弧片發(fā)黑或卷邊現(xiàn)象及時更換斷路器。
(6)合閘機構(gòu)穩(wěn)定度調(diào)整:機構(gòu)的工作穩(wěn)定性與機構(gòu)過死點距離a有關(guān),a一般應在3~4 mm。但這個數(shù)據(jù)不容易測量,可以制作一塊專用的檢查死點機構(gòu)距離的樣板,用來檢查α的數(shù)據(jù)。專用的檢查樣板可采用一塊70 mm×20 mm的透明有機玻璃。在上刻化一條基線和與機線相距3 mm和4 mm的檢查線各一條。檢查時基線對準連桿的上下孔心連線,觀察連桿左孔心是否在3 mm、4 mm檢查線之間。當a不符合要求時,可調(diào)整合閘電磁鐵下的墊片,使a數(shù)據(jù)符合技術(shù)要求,若是環(huán)氧板連桿磨損較多,可另加工原尺寸大小的環(huán)氧板替換。
綜上所述,磁場斷路器是勵磁系統(tǒng)內(nèi)的重要設備,對機組的安全穩(wěn)定運行非常重要,在檢修期間,應對其進行全面檢查及試驗,試驗內(nèi)容除斷路器回路電阻試驗、斷路器直流耐壓試驗、斷路器動作特性試驗外,重點應檢查斷路器本體的操作機構(gòu)及儲能電機、滅弧室、手動儲能操作機構(gòu)及合閘機構(gòu)穩(wěn)定度等,確保斷路器操作機構(gòu)的可靠性。同時對已投運十多年的磁場斷路器需考慮進行整體更換,以確保勵磁系統(tǒng)能夠安全穩(wěn)定的運行。