发电机停机逆变灭磁失败的故障分析.doc

发电机停机逆变灭磁失败的故障分析肖冬梅（国电万安水力发电厂，江西省万安县，343800）摘要：介绍了水电厂发电机组在停机过程中发生逆变失败的原因和处理方法，提出了改进措施，并总结了故障处理经验。关键词：发电机，逆变灭磁，失败，原因分析，措施0 前言：在发电机停机过程中灭磁是一个十分重要的环节，若停机不能可靠灭磁将会给发电机或励磁系统带来极大的危害，如产生转子过电压，危及转子绝缘甚至烧坏转子磁极、产生过激磁，使转子本体发热，加速绝缘老化、并联变过流、灭磁开关损坏等事故。本文对我厂励磁系统在正常停机过程中曾发生过的不能逆变灭磁的故障进行了详细分析，将产生此故障的原因、处理方法和采取的防范措施提供给励磁维护专业人员参考。之前我厂机组停机的一般程序为：当运行值守长接到调度停机命令后，为了安全起见，先将机组负荷减到空载再启动LCU的停机流程，通过PLC中停机流程跳闸解列，油开关分闸后发出停机令同时给励磁调节器与调速器，当励磁调节器接受到停机令后，启动停机逆变程序，将可控硅的触发控制角度移到逆变角给定角度（我厂为139），使转子电流迅速降至0A，随之定子电压迅速降至残压；当调速器接受到停机令后，启动其停机程序将导水叶全关，实现机组停机。我厂发电机灭磁的方式有正常停机的逆变灭磁和事故停机的跳灭磁开关灭磁两种方式。1 由继电器损坏引起的逆变失败：1.1故障的现象：2006年2月21日，我厂2号机在停机过程中当油开关跳闸后，报“励磁变过流动作”、“保护总出口动作”、“FMK分闸”、“非线性电阻灭磁”信号，显然一次正常停机转变为事故跳灭磁开关停机。1.2现场检查情况：检查励磁调节器与功率柜均没有发现故障信号，同时检查功率柜元件无异常。查询励磁调节器工控机中的故障一览表信息，并没有发现“逆变失败”信号和其它故障信号，但在开关量一览表中有停机令的记录，同时发现开关量信号中“油开关位置”显示在合闸位置，而此时油开关已经分闸，检查油开关的辅助接点是在分闸位置，而其重复继电器却为失磁，（油开关位置重复继电器采用的是油开关分闸位置接点重动，当油开关为分闸时该继电器励磁，当油开关为合闸时该继电器失磁），进一步检查发现该继电器的线圈断线了。1.3原因分析：在正常情况下，当油开关跳闸后，励磁调节器中机组状态也应由并网状态转换为空载状态，当LCU发出停机令时，励磁调节器响应停机并启动逆变程序，将可控硅的触发角度移到逆变给定角度139，功率柜由整流工作状态转变为逆变工作状态，定子电压迅速降低。由现场的检查情况看，励磁调节器有停机令记录，但没有逆变失败信号，可以分析励磁调节器在接收到停机令后并没有启动逆变程序，这是由于油开关的位置重复继电器线圈断线，该继电器一直处在失磁状态，所以当油开关跳闸后，机组由发电状态转换为空载状态，但励磁调节器却因油开关的位置重复继电器不能励磁而仍在运行发电程序，即使此时接受到停机令，也不会进入停机逆变程序，并且由于励磁调节器的状态没有转换为空载状态也无法启动V/F限制功能。但此时由于调速器工作正常，它接受停机令后就启动停机程序将导水叶关闭，机组在导水叶关闭过程中机组转速不断下降，同时定子电压随机组转速的下降而不断降低，而此时的励磁调节器却判断机组在发电状态而要维持定子电压为额定值，所以势必一味的加大励磁电流来阻止定子电压的下降，转子电流的不断增大而最终导致发电机保护装置的励磁变过流保护动作，造成事故停机。1.4改进措施：诱发本次故障的原因为油开关的位置重复继电器线圈断线，仔细检查该继电器动作时的情况发现当舌片吸合时，线圈引线也会被拉动，在几年的运行过程中，该继电器动作上千次，最终线圈引线因疲劳而断线，当即对该类型的继电器的引线进行处理，采取了防止继电器动作时拉动线圈引线的措施；另外导致本次故障加重的原因在于LCU的停机流程，故障后我们分析，PLC中的正常停机流程中也有不合理的地方，在停机流程中励磁调节器与调速器的停机令为同一继电器，即调速器中的停机程序和励磁调节器中的停机程序是同时被执行，在正常情况下是没有问题的，但当励磁系统不能逆变时就会发生上述故障。所以对LCU中的正常停机流程进行了改进，将励磁停机令与调速器的停机令分开为两个继电器，即当油开关跳闸后，先给励磁调节器发停机令启动逆变灭磁，当定子电压小于50%的额定电压值时再给调速器发停机令关导水叶，若励磁系统不能正常逆变，定子电压就不会小于50%的额定电压值，此时就不给调速器发停机令，停机流程就此中断退出，并报警。这样若励磁系统不能逆变，调速器就不能接到LCU的停机令，就不会发生定子电压还在额定值就关闭导水叶的现象，也可以避免引发励磁变过流的保护动作，而最终大不了是机组自动停不下来，对主机和励磁系统没有危害。2 由励磁调节器模件故障引起的逆变失败2.1故障的现象：2008年9月27日，我厂2号机在正常停机过程中报“逆变失败”、“非线性电阻灭磁”、“FMK分闸”信号，即在正常停机时进行了跳灭磁开关灭磁。2.2现场检查情况：检查励磁调节器中停机令与油开关位置信号正常，功率柜没有异常信号，查询励磁调节器工控机的故障记录，有“逆变失败”信号，检查功率柜的硅元件无击穿损坏现象。由此可以分析励磁调节器在接受到停机令后执行了停机逆变程序。再次开机到空载做手动逆变试验，试验结果与停机过程中的现象一样。观察励磁调节器工控机中可控硅触发角度的变化情况，同时用机组故障录波装置录下试验过程中的定子电压与转子电流的波形，发现工控机显示的可控硅触发角度为139，但转子电流与定子电压下降的较慢，通过查看机组故障录波装置录的转子电流与定子电压的波形曲线，整个逆变过程时间为14.4S，停机令收到10S后定子电压为30%额定电压左右。而我厂机组正常逆变时定子电压从额定值下降到残压的时间为2.8S。2.3原因分析及处理方法：机组在停机过程中，当励磁调节器接到停机命令后，在10S内定子电压应小于15%的额定电压，否则报“逆变失败”信号，同时启动跳FMK继电器，通过灭磁开关分闸的方式来进行灭磁。从本次空载手动逆变的试验中录制的定子电压和转子电流的波形分析，无论是定子电压还是转子电流，在手动逆变过程中都呈减小的趋势，由此可见三相可控硅整流桥已经从整流状态转换到逆变状态；再从工控机中显示的可控硅触发角的大小来看，空载手动逆变时触发角度由当前角度变化为逆变给定角度，这说明程序计算的角度是正确的，而从定子电压和转子电流下降的速度来看，真正加在可控硅上的触发角度肯定没有达到139，但应该处在90139之间，由此可以判断故障就出在脉冲形成和脉冲调理环节上。所以我们选择首先更换了脉冲形成板和脉冲调理板，再次空载做手动逆变试验时，逆变正常。我们将故障原因锁定在这两个模件上。进一步分析，从功率柜的脉放大板上的脉冲指示灯显示可以判定在整个逆变过程中功率柜没有出现脉冲丢失的现象，励磁调节器也没有报“脉冲丢失”信号，初步判断脉冲调理环节出故障的概率要高于脉冲形成板，接下来我们更换了脉冲调理板，再次空载做手动逆变试验时，一切正常。3 结束语：在实际的发电机停机过程中，引起逆变失败的原因有很多种，如：同步电压故障、触发脉冲丢失、可控硅损坏及二次回路故障等都会引起逆变不成功。从我个人的经验来讲，当故障缺陷发生后，并不要去急于去做试验或更换模件（元件），应该从故障现象中去寻找蛛丝马迹，再结合设备的原理与现场的实际情况进行全面的分析检查，找到故障原因的突破口，在确定关键元件（转子主回路、可控硅元件、脉冲变压器等）无故障后再通流做试验，以还原故障现象。如可控硅元件损坏也会导致逆变失败，在没有检查彻底的情况下就做通流试验，就有可能引发设备烧坏，使故障进一步扩大。另外由于励磁调节器判断逆变失败后会自动跳FMK，所以在空载进行手动逆变试验检查时灭磁开关是一个危险点，特别是在逆变过程中出现定子电压会下降，但速度较慢的现象，等到励磁调节器输出跳灭磁开关时定子电压已经很低