UNITROL5000励磁系统几种常见故障分析和处理.doc

UNITROL 5000励磁系统几种常见故障分析和处理任晓骏 梁雪华 冷军（浙江浙能长兴发电有限公司）摘要：励磁系统作为发电厂重要组成部分之一，其运行的可靠性直接影响着发电机组的安全运行，本文就ABB UNITROL 5000励磁系统运行中出现的一些常见故障加以分析，并提出一些改进建议。关键词：电源模块 冷却风扇 励磁变 温度The Analysis and Processing of Common Faults for UNITROL 5000Excitation SystemREN Xiao-jun LIANG Xue-hua LENG Jun（Changxing Power Generation Co.，Ltd，Huzhou Zhejiang 313000,China）ABSTRACT: Excitation system is an important part of the power plant , its reliability directly affects the safe operation of generating set. This article analyzes some faults that easily occur in the ABB UNITROL 5000 excitation system ,and puts forward some methods and ideas for solving these faults.KEY WORDS: Power module; Cooling fan; Excitation transformer; Temperature1、 概述浙能长兴发电有限公司（4X300MW机组）配备四套ABB公司生产的UNITROL 5000系列励磁系统，系统型式为静态励磁方式（自并励系统）,由励磁变、励磁调节器、可控硅整流器单元、起励单元、灭磁单元等组成。其中励磁调节器采取双通道的结构，通道主要由主控 板（COB）和测量单元板（MUB）构成，每个通道含有励磁电流调节、发电机机端电压调节、励磁系统监测、保护功能，形成一个独立的处理系统。UNITROL 5000励磁系统具有响应速度快，调节精度高，保护功能完善，结构紧凑，抗干扰能力强等特点。从我公司近10年运行情况来看，该系统具有较高的可靠性，然而在使用过程也曾出现过一些问题，通过与同行业的交流，这些问题存在着一定的普遍性，如电源模块、冷却系统故障等，若处理不当则会影响励磁系统的正常运行。本文针对此类故障，对UNITROL 5000励磁系统的设备特性以及内部逻辑的进行分析研究，找出故障原因，提出了一些解决方法和改进措施，希望能为同类电厂提供借鉴。2、 常见故障分析处理2.1、电源模块故障2.1.1、励磁系统电源配置UNITROL 5000励磁系统控制电源共有两路，其中一路由外部直流电源专门提供给灭磁开关分闸回路使用，另一路内部DC24V电源供给调节器和内部操作回路使用。其24V电源取自于两个全冗余电源模块：1）由直流源供电的DC/DC直流辅助电源模块G152）由励磁变压器的副边供电的AC/DC交流辅助电源模块G05述两个开关电源逆变后并联输至出DC24V电源端子，每路均设有回路监视功能。在调节器系统内部，所有电路板，包括主控板、测量板等，均直接从DC24V端子上取电。而包括输入输出信号回路在内的其它需要使用DC24V电源的场合，则在DC24V端子后加一具有短路保护功能的小型熔断器，从而保证该单元出现电源故障后不对励磁系统的总体运行产生影响。2.1.2、故障经过2007年12月18日公司#3机励磁调节器直流、交流辅助电源模块G05、G15分别告警，在线更换调节器的电源模块时，因电源短路引起励磁调节器失电，进而引发机组跳闸。2.1.3、故障分析ABB励磁调节器的辅助电源为双电源冗余设计，但在设计接线上存在一定的隐患。交流、直流辅助电源模块G05、G15双路输出电源直接在24V母线端子上进行并接，无任何隔离，而且24V电源端子排负电源直接接地。由于更换电源模块时无明显断开点，若在拆接线时不慎将24V正电源线碰到机柜金属部分，就会造成励磁电源短路，引起励磁控制系统失电。2.1.4、改进建议按运行经验，电源模块的故障概率会高于其它卡件，因此在线更换电源模块无法避免。为降低在线更换电源模块风险，可在两路电源输出回路分别增加空开Q05、Q15，先通过关注电源模块的故障指示灯和测量输出电流确认故障电源，然后可通过上述空开将故障电源完全隔离。 修改后接线见附图1附图12.2、冷却系统故障2.2.1、冷却系统配置ABB UNITROL 5000系统采用交流电动机驱动的离心风机为可控硅散热器提供强迫风冷。离心式风机安装在风机盒内，便于拆装。为确保整流柜可靠运行，一般选用双机冗余的强迫风冷方案。如附图3所示，每个整流柜配置一个冷却单元E01，正常运行方式为主风机M1、M2运行， 当主风机出现故障时，出风口挡板会自动掉下，通挡板位置开关接点S1、S2，将风机运行状态反馈给控制器去启动备用风机M3、M4。附图32.2.2、冷却系统常见故障ABB UNITROL 5000冷却系统因运行环境较差，在运行中曾多次发生故障，其典型故障有：滤网堵塞、电源切换继电器接点接触不良、风扇电机烧毁、风机出力不足，出风口挡板转轴卡涩等。这些故障轻则造成起励失败、整流柜退出运行，重则导致机组跳闸停机。所以，必须加强励磁冷却系统的日常维护及试验，以便及早发现设备隐患，降低事故发生概率。2.2.3、冷却系统的日常维护由于冷却风扇口空气对流强烈，整流柜进风口处往往积灰严重，因此需加强对励磁小问卫生的清扫，同时根据小室清洁程度，定期对滤网检查清扫。在日常巡检中，应注意检查整流桥风扇的异常噪音，由于无法对轴承进行润滑，可待停机检修时对噪音变大的风机进行更换。公司#3机励磁调节器#2整流柜曾发生过风机出力不足，起励时需拿掉滤网后主风扇才能正常启动，而在打开柜门后风扇启动又正常，无法确认故障风扇，此时可用一小挡板遮住某一风扇进风口，模拟带滤网运行，从而确认故障风扇。如运行中出现风机故障需在线更换，应在负荷较低时进行，这样更换时能降低其余整流柜负载。更换时可直接将风机盒上插头拔除，故障风扇所在整流柜会自动退出运行，将风机盒抽出整流柜后可对故障风机进行更换，完成后在LCP上切换至就地进行复位操作，整流柜将自动投入运行。2.2.4、冷却系统风机试验试验目的：检查风机启动是否正常；主风机故障时，备用风机能否自投。试验步骤：1） 合上励磁冷却系统备用电源空开；2） 通过查找软件图模块SP-151，确认风扇辅助电源投入参数（通常是817），将该参数置1，合上风扇备用电源切换继电器K16；3） 将整流桥风机测试选择参数521设为9（9表示测试所有整流桥的主风机），如果选择1则代表测试整流桥1的风机，2代表测试桥2的风机，3代表测试桥3的风机；4） 将风机测试参数5511设为12502，起动所有桥主风机；5） 打开整流柜的门，分别关掉主风机的电源，此时风机应自动切换到备用风机运行。6） 送上主风机电源，将LCP切换至就地进行复归，备用风机应停运，主风机自动启动。7） 恢复修改过的各参数或断开控制电源重新上电2.3 、励磁变温度保护故障2.3.1、故障经过2010年6月29日，公司#3机组跳闸，经检查#3励磁变T154智能温控器显示A相绕组超温跳闸。经再次确认，励磁变绕组测温元件正常，系T154智能温控器故障直接出口通过发变组保护使#3机组全停。2.3.2、故障分析#3励磁变由变压器柜上的智能温控器T154实现励磁变温度保护，当绕组温度升高到150时T154温控器跳闸接点闭合，通过发变组保护出口全停#3机组。事故后经测试，该智能温控器上温度测值经常会自行上升，而此时励磁变本体温度正常，感温元件PT100阻值也正常。由此可判断，智能温控器T154本身温度测量的不稳定是造成此次事故的直接原因。2.3.2、改进建议UNITROL 5000励磁系统励磁变温度保护通常采用 2种方式：1 )通过励磁调节器内部逻辑判断励磁变是否超温。励磁变通过Pt-100铂热电阻将温度模拟量输送到AVR励磁变监视模块，当有一相温度超过报警值1022或跳闸定值1023时，励磁变将发报警信号或跳闸信号，当某一相温度温升率大于10 0C/0.1S时，将发模拟量故障报警，同时闭锁温度保护出口。其内部逻辑图如附图2所示 附图2 由上图可知，励磁变监视模块中温度保护闭锁条件单一，只有温升率闭锁，而且温升率设定值灵敏度较低，若AI故障时温度变化缓慢则无法闭锁出口，该温升率定值为软件内固定值，无法修改。由此可见，AVR内励磁变温度保护逻辑较为简单，若AI故障时容易造成保护误动出口。2 )在励磁变本体测加装温控器，从温控器引一副跳闸接点去发变组非电量保护柜启动机组全停。从故障分析可以看出，温控器的可靠性较差，而且没有任何闭锁手段，也易造成保护出口。因此，上述两种保护方式均存在一定隐患。因ABB励磁变本体还有一组备用感温电阻，可将两组感温电阻均引入DCS，由DCS实现励磁变温度保护，跳闸逻辑如下：当励磁变绕组任一相两个温度点均超过150时，DCS发跳闸信号通过发变组保护全停出口。考虑到测温回路异常，励磁变温度可设温升率保护（参数设置为10/S）和坏点保护，当温升过快或测点为坏值时温度保护不动作.3、 日常运行维护需注意的事项3.1、由于励磁装置采用强迫风冷，柜内各元件运行环境较差，容易积灰，而灰尘积附过多造成对元器件的腐蚀甚至短路，因此必须结合机组调停检修对柜内灰尘进行清扫。清扫灰尘可采用氮气吹拭的方法，对吹不掉的附着物可用干净的油刷扫去，但切勿碰坏元件、线路或使元件互碰。3.2、UNITROL5000系统采用现场总线控制模式，各通道之间、调节器与功率柜之间均通过现场总线进行联系，因此，现场总线插件的松动会严重影响励磁系统的正常工作，处理方法是：可在励磁调系统静态试验时轻敲插件拉手，一旦插件松动，必然会引起输出上下波动。如果是元件虚焊引起的松动，需加焊牢固。而对于插件插座引起的松动，可在插件的铜箔上拉一层薄锡，这样既可防止铜箔氧化，又增加了插件与插座接触的紧固程度。3.3、国内电厂灭磁开关烧毁事故时有发生，因此在励磁系统定检时应重视灭磁开关的检修维护工作，内容应包括：开关灭弧室清扫；开关触头检查；操作机构检查、加油；母线接头检查；各线圈直阻、动作电压以及开关绝缘电阻测试等。另外由于ABB灭磁开关储能机构传动齿轮为塑料件，长时间使用后容易老化断裂，使开关无法正常储能。据了解，ABB所有低压开关储能机构为通用配件，建议增加储能机构备品，故障时可直接进行更换。4、 结束语励磁系统是发电机的重要组成部分，对发电机甚至电力系统的安全稳定运行有很大的影响。UNITROL5000作为一套具有世界先进水平的励磁系统，在国内大型机组上得到了广泛的应用。从使用情况来看，UNITROL5000励磁系统总体运行稳定，其核心部件如调节器，整流元件等具有较高的可靠性，但该系统在辅助设备的选用及内部保护逻辑的判断上还存在着一些问题，对机组的安全运行产生了一