高坝洲电厂励磁系统故障统计及原因分析

高坝洲电厂励磁系统故障统计及原因分析
张衡;孙勇;肖学良
【摘要】根据高坝洲电厂励磁系统的主要组成部分及其工作原理,统计、分析了发电IAEC-2000型自并励励磁系统历年总故障现象,电厂励磁装置出现"励磁系统总故障"、"励磁调节器双机切换"告警的原因系脉冲检测电路出现系统电压异常,屏蔽自身"本机正常"造成通道切换.励磁总故障原因的确认为运维人员进行励磁事故处理提供了依据.
【期刊名称】《水电与新能源》
【年(卷),期】2017(000)011
【总页数】4页(P33-35,40)
【关键词】励磁系统;故障;原因
【作者】张衡;孙勇;肖学良
【作者单位】湖北清江水电开发有限责任公司,湖北宜昌 443000;湖北清江水电开发有限责任公司,湖北宜昌 443000;湖北清江水电开发有限责任公司,湖北宜昌443000
【正文语种】中文
【中图分类】TM331
高坝洲电厂属于自并励静止可控硅励磁系统，由励磁功率单元、励磁调节器、转子过电压保护及灭磁装置三部分组成[1]。

在此系统中，发电机机端电压经励磁变压器降压，晶闸管整流后向励磁绕组供电励磁调节器通过调节晶闸管整流电路的控制
角来维持发电机机端电压恒定。

由于励磁电源取自发电机机端电压，当机组起动转速接近额定值时机端残压值较低，励磁调节器中的触发电路不能正常工作，可控硅不开放，不能送出励磁电流使发电机建立一定的电压，因此高坝洲电厂另设起励回路，由厂用220 V直流实现直流起励。

图1为高坝洲自并励可控硅励磁系统接线图。

1.1 励磁功率单元
高坝洲电厂励磁系统功率单元采用两组并联的三相桥式全控桥向机组提供励磁电流即当一个整流桥因故障退出运行时，不影响励磁系统的正常励磁能力，包括强励。

对于电感负载，控制角在0°～90°之间时，为整流状态，控制角在90°～165°(理论上可以达到180°，实际存在换流重叠角以及触发脉冲存在一定宽度)时，为逆变状态，当发电机负载发生变化时，通过改变可控硅的控制角来调整励磁电流的大小[2]。

1.2 励磁调节器
高坝洲电厂采用能达公司IAEC-2000型智能自适应微机励磁控制器，包含两套硬件完全一致的SCT-9809工控机(I套/II套)，双机可实现无扰动切换，励磁调节单元根据发电机运行状态自动调节励磁功率单元的输出。

如图1所示，励磁调节器所需采集的主要参量有：
1)发电机的机端电压Vt；
2)电网电压(21PT、22 PT、23 PT)；
3)发电机的励磁电流If；
4)定子电流IL(CT1)；
5)断路器位置压板DL。

发电机机端电压用于机端电压恒定调节(自动调压方式)。

为避免测量PT(电压互感器)断线引起强励，励磁调节器通常同时测取励磁PT(2PT)和仪用PT(1PT)两路电
压信号，作为PT断线判别之用。

电网电压在发电机起励建压时为发电机电压跟踪系统电压提供跟踪目标值。

发电机的励磁电流用于励磁电流恒定调节(恒励磁电流
调节方式)和过励限制。

1.3 转子过电压保护及灭磁装置
高坝洲电厂采用双断口灭磁开关，正常情况下采用逆变灭磁，事故情况下采用断开灭磁开关和非线性电阻ZnO放电耗能灭磁，ZnO非线性电阻兼做转子过电压保护。

可控硅从“整流”工作状态转入“逆变”工作状态，可将储藏在转子绕组的磁场能力反馈到交流电网中，如图2所示。

2.1 励磁系统总故障报警统计[3]
2008年，高坝洲电厂相继完成了3台机组励磁系统改造，在改造后的一段时间内(至2010-03-30日)，高厂1号(10次)、3号(7次)机组在开、停过程中多次报“励磁总故障”，联系厂家分别对1、2、3号机组励磁控制程序进行优化后，励
磁开、停机过程中再未出现“励磁总故障”报警。

现统计2010年4月至今高坝洲电厂3台机组励磁系统总故障报警如表1所示(AMS)。

2.2 励磁系统总故障原因分析及处理措施
从表1 可以看出除“PT采样板异常”、“百超表异常”、“在线通道异常”、“系统电压波动”主站不能直接报出故障原因外，其他告警均能直接报出。

“百超表异常”、“PT采样板异常”、“系统电压波动”故障现象明显，直接可以找出
问题所在。

而“在线通道异常”主站除报“励磁系统总故障”、“励磁调节器双机切换”报
警外，无其他异常告警，从主站报警入手对其原因进行如下分析。

2.2.1 高坝洲电厂励磁系统故障出口
通道1故障；通道2故障；励磁PT断线(2PT)；仪用PT断线(1PT)；起励失败；
过无功限制；欠励限制；V/F限制；强励限制；功率柜故障；同步断线；继电器板故障；直流失电；交流失电；通讯故障；双机切换。

以上任一情况出现，主站均会报“励磁系统总故障”。

2.2.2 高坝洲电厂机组励磁调节器通道切换条件
默认情况下，并网运行时调节器在通道Ⅰ恒电压运行方式，运行时通道Ⅰ故障，装置会自动切到通道Ⅱ，此时励磁调节器出现通道切换，属异常工作情况。

切换原因有三种：
1)2PT断线。

并网运行时，Ⅰ通道采集2PT交流电压作为闭环控制信号。

此时如果出现2PT断线，则调节器自动由I通道切换至Ⅱ通道运行，同时通道Ⅰ转恒流运行方式。

因并网时Ⅱ通道采用的是1PT交流信号作为闭环控制，故此时Ⅱ通道仍维持在恒电压运行方式。

并网Ⅰ通道主用，如果出现1PT断线，则维持当前运行方式(Ⅰ通道主用，恒压方式)，Ⅱ通道转恒流方式。

2)通信故障。

IAEC-2000励磁调节器采用2块硬件完全相同的CPU板作为核心控制部件，主CPU板完成信号采集及脉冲计算，辅CPU板通过CAN网接收主CPU板的计算结果，并将计算结果转化为脉冲输出。

如果2块CPU板之间CAN 网通信出现故障，则触发通信故障报警，驱动外围报警继电器将信号外送，同时自动完成通道切换。

3)在线通道异常。

辅CPU板输出脉冲后，脉冲检测电路(开出板LU4U613)完成脉冲回读确认。

如果脉冲检测出现异常，则在线通道屏蔽自身“本机正常”，同样可造成通道切换。

2.2.3 高坝洲电厂3台机组报“励磁系统总故障”、“励磁调节器双机切换”原因分析
高坝洲电厂励磁系统总故障出口均会正常上送至监控系统，如果是因PT断线或通
信故障等造成的通道切换，监控主站会出现相关的报警[4]。

而通道切换时，无此类报警，故分析认为，造成通道切换的原因最有可能是脉冲检测电路(开出板
LD4U613)未正常检测到I通道脉冲信号(脉冲检测板故障，但实际正常，默认为脉冲丢失)，屏蔽了I通道本机正常，造成通道切换。

更换开出板LD4U613后经零起升压试验正常。

高坝洲电厂励磁装置出现“励磁系统总故障”、“励磁调节器双机切换”告警的原因系脉冲检测电路出现异常，屏蔽自身“本机正常”造成通道切换所致。

同时，通过对高坝洲电厂历年励磁系统故障统计及原因分析，可以看出造成励磁总故障原因主要集中在PT断线、系统电压异常及在线通道异常。

励磁总故障原因的确认为高厂运维人员进行励磁事故处理提供了依据，同时也为其他厂站励磁故障处理提供了借鉴。

【相关文献】
[1]GB/T 7409.1-2008, 同步电机励磁系统定义[S]
[2]程远楚. 同步发电机静止励磁系统[M]. 武汉: 武汉水利电力大学出版社, 1999
[3]任煜峰. 水轮发电机组值班[M]. 北京: 中国电力出版社, 2003
[4]梁建行. 水电厂发电机励磁系统设计[M]. 北京: 中国电力出版社, 2015。