提高660MW发电机励磁系统可靠性的研究

提高 660MW发电机励磁系统可靠性的研
究
摘要：ABB UNITROL 5000型励磁系统被应用在国家电投集团江西电力有限公司景德镇电厂两台660MW发电机组上，本文分析了该系统在运行中出现的一系列影响机组安全运行的故障及其处理过程，并以提高该系统运行可靠性为目的研究了技术改造和升级问题。

关键词：UNITROL5000 励磁系统可靠性技术改造
一、励磁系统概况
UNITROL5000型励磁系统是瑞士ABB公司研发的数字式同步发电机静止励磁系统，为自并励励磁系统。

其中包含了如DSP数字信号处理、可控硅整流桥智能化均流、低残压快速起励等技术，以及Modbus、ProfitBus、ARCnet现场总线等多种通讯功能和调试手段。

二、运行中出现的主要问题
1 PT断线信号故障
1.1 故障现象及影响
景德镇电厂#1发电机曾两次于开机并网过程中，在灭磁开关合闸后励磁系统出现报警信息，检查控制面板LCP液晶屏显示报警代码119（StandBy alarm备用通道故障），系统自动将控制通道由CHⅠ自动切换到CHⅡ，主控板COB数码管显示报警代码A120（Mach PT fail电机PT断线）。

该报警信号说明发电机电压测量回路出现故障。

1.2 故障检查及原因分析
发电机机端电压回路无异常，机端电压二次量已到MUB X45板节点且幅值正常。

检查从测量单元板MUB(UNS 2881)X31至主控板COB板(UNS 2880)X31的扁平电缆连接，对其紧固后，分灭磁开关并对励磁调节器重新上电，报警信号复归。

该故障是典型的接线工艺问题，因为励磁调节器的扁平电缆松动，造成电压信号丢失。

1.3 故障排除及处置效果
该故障发生在机组定速、合灭磁开关之后，起励并网之前，处理该故障已造成两次并网延迟，影响正常迎峰接带负荷。

处理该故障时需注意，在对励磁调节器重新送电的过程中，应退出发变组保护中的励磁系统故障保护压板，防止励磁系统在重启自检时发出信号造关汽机主汽门，延迟并网时间。

2ARCNET同轴电缆松动故障
2.1 故障现象及影响
由于ARCnet总线的原因，我厂#2机组励磁调节器运行中出现多次如下故障信号：113 (备用ARCnet故障STBY ARCnet fault)，119（备用通道报警StandBy alarm）等信号。

由于励磁系统 ARCnet 总线承担着励磁系统控制和状态信号交换（如整流柜可控硅的触发脉冲），并且各柜ARCnet总线节点采用的是无冗余饿串联联接，如果松动发生在调节器与离调节器最近的一台整流柜的整流桥接口板CIN上（即1号功率柜），其它各功率柜信号将被中止交换，调节器失去对其它功率柜的控制将出现上述故障信号，严重时将跳灭磁开关并联跳发电机出口开关，导致机组非停。

2.2 故障检查及原因分析
检查分析为总线电缆接头松动，利用停机机会检查、紧固和更换部分ARCnet 总线T型、Y型接头，故障消失。

分析了更换下来的总线T型、Y型接头后可以得知ARCnet总线同轴电缆的连
接是依靠接头内一圆柱状插孔与针状单股铜芯导体连接的，而圆柱状插孔由四片
铜片组成，这四片铜片在外力作用下易向四周散开形成伞状，从而造成接触不良，运行中极易引发上述故障。

2.3 故障排除及效果
经研究，某水电厂UNITROL5000励磁系统的ARCnet总线存在同样的节点松
动问题[2]，采用 1.5 平方毫米的电缆皮做成的套管用来紧固 ARCnet 总线T型、
Y型接头内圆柱状插孔的方法可以解决该问题。

处理后专门进行试验：用橡胶锤
敲打紧固后的ARCnet总线T 型、Y型接头，励磁调节器均运行良好，没有出现
故障信号。

3总线超时故障
3.1 故障现象及影响
景德镇电厂#1发电机励磁系统发出122（Fieldbus timeout现场总线超时）
报警信号，无法复归，随即#1机组DCS系统接到“励磁系统故障”信号后,发出
自动闭锁命令, AVC(自动电压控制)系统退出运行。

该异常现象发生时，#1发电机励磁系统运行于CHⅡ通道，就地检查发现modbus模块U19的XMIT及REC绿灯闪烁，modbus模块U29仅有REC绿灯闪烁，XMIT灯不闪烁。

联系外部通讯设备厂家排除通信插件因素后报警信号依然无法复归。

3.2 故障检查及原因分析
经咨询分析，该故障为COB主控板与负责和外部ECS系统通信的modbus通
讯模块U29数据传输错误所致，需要重启励磁系统或更换模块方可消除，必须停
机方可处理。

该故障虽并不影响励磁系统运行，但是由于励磁系统检测到任何故
障信号后都向DCS发闭锁信号，造成AVC无法正常工作。

3.3 故障排除及效果
利用临修停机机会，重启modbus模块，并调整ECS通信组设置，解决了该问题。

但是待停机过程中AVC长期退出运行，为防止电压越限，运行人员必须主动调整无功功率，极大增加运行人员监盘负担。

4系统整体换代升级的探讨
4.1 整体升级换代的必要性及可行性分析
励磁系统是发电机控制的核心，有别于其他电气设备，励磁系统在机组运行时一直在参与控制调节，任何时刻都不能退出，而随着新系统的推出，供应商对老系统的维护力量减弱，部分元器件存在升级换代甚至停产的情况，为了确保备品的供应，励磁系统定期的升级改造就成了解决问题的有效途径。

目前市场上已经有更为先进发电机励磁产品来进行升级，如ABBUNITROL 6000型、南瑞
NES6100型等，并且均可提供部分改造或整体升级的灵活选择，并在相当数量的大型发电机组上取得成功改造和运行经验。

4.2 网源协调问题的影响
网源协调专项核查工作的主要的要求是，发电机定、转子过负荷能力应符合国标中的过负荷能力要求，励磁调节器限制应当与发变组过负荷保护相互配合，动作时限是励磁调节器限制先于发变组过负荷保护，并且同时满足国标中过负荷能力曲线，动作时间小于国标要求。

目前电厂发电机景德镇电厂发电机转子过励限制动作时间大于国标要求，这是由于UNITROL 5000型励磁系统采用的过励限制曲线与国标要求形状不完全拟合导致的，调整设定参数也始终会有交叉点出现，必须由ABB通过软件升级的方式，修改过励限制曲线才能完全解决。

这也是励磁系统全面升级改造的一个重要原因。

4.3 选择技术方案分析
励磁系统的升级改造可以选择控制柜与功率柜整体更换，也可以只升级控制柜，保留功率柜。

如果采用ABB UNITROL 6000型励磁系统，则原有的技术支持和备品备件可以延续使用，之前取得的运行经验也依旧有效。

如果采用替代品牌
控制系统配合原有ABB功率部分，则存在责任划分不清的技术风险，运行经验也要重新积累。

三、结束语
通过对UNITROL5000励磁系统的几种典型事故分析可以得知，励磁系统设计精密且结构复杂，要求维护工作应当严格按标准执行，加强巡检，定期试验，充实备件，并不断总结运行和消缺经验，及时升级换代，才能真正保证励磁系统乃至整个机组的运行可靠性。

参考文献：
[1] 韩青.UNITROL5000励磁系统的应用[J]. 东方电机, 2011,03
[2] 孔德宁，张燕，熊巍. UNITROL 5000型静态励磁系统在龙滩水电站的应用[J]. 水电自动化与大坝监测，2008，06
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