励磁系统短路试验故障处理

1、1、励磁系统短路试验故障处理(1故障现象:某水电站35MW水轮发电机,机端电压10.5KV,空载励磁电压/空载励磁电流为63V/468A,额定励磁电压/额定励磁电流为158V/790A,自并激励磁方式,励磁变压器变比10.5 KV/0.32KV。发电机开机前用励磁系统以他励开环运行模式进行短路试验,他励电源取自厂用电。发电机升速至额定,合功率整流柜交直流侧开关,合灭磁开关,调节器给定值置最小,控制角=90度,投调节器脉冲。缓慢增加调节器给定,控制角由90度逐渐减小至约80度,可控硅不开通,励磁无输出,继续减小控制角至约75度,可控硅突然开通,励磁电流约400A,发电机定子电流由零阶跃性上升至约

2、额定值。减调节器给定,控制角由75度下降至90度,转子电流、发电机定子电流平滑下降。励磁电流的上升过程不受控。(2故障分析:示波器测量可控硅脉冲波形、相位正确。分灭磁开关,在可控硅整流桥直流侧加20/2KW电阻进行小电流试验。控制角由90度至最小10度,再由10度增至90度,直流输出电压升降平稳,示波器测量输出波形光滑,升降平稳。由此判断励磁系统自身没有故障,怀疑是由于可控硅带上发电机转子大电感负载后导通不良所致。转子为一电感性负载,可控硅导通后,转子电流按指数规律上升,示波器测量脉冲宽度800uS,如果在800uS时段内,转子电流上升没达到可控硅的擎住电流,则在脉冲消失后,可控硅关断,输出电

3、流不能由小至大逐步增加。(3故障处理:整流桥直流侧加装一1.3k/150W电阻两只,为可控硅的小电流试验改善开通条件;减小脉冲触发回路的限流电阻,增大触发功率;脉冲宽度由原800uS延长至1.1mS,以保证转子电流上升至擎住电流前可控硅触发脉冲一直存在。经由上述处理后,重做短路试验,控制角由90度逐渐减小,转子电流平稳上升,定子电流由零逐渐平滑上升,异常现象消失。2、励磁调节器测量PT接触不良故障处理(1故障现象:某火电厂进口励磁调节器运行中报“MB-3: Stop following a measurement discrepancy” (REG MB-3测量偏差停止跟随,这个故障表明该通道

4、故障,如此时另一个通道有故障,则不能进行切换,只能停机。第一次出现该故障后,拔出CPRT1卡进行清洁,该故障消失。但没过多久该故障再次出现,此时分别更换ESVI卡(A20A3和A20A4、ICPR1卡、CPRT1卡和IRVI 1卡,但该故障仍然存在。(2故障分析:针对测量偏差这个问题,用维护计算机检查调节器的测量值,发现通道1和2的发电机定子电压测量值是有明显差异:通道1为22.72398V,通道2为16.06866V。进一步检查发电机定子电压测量值,用万用表在励磁柜检查PT二次侧电压值,发现通道1和2的发电机定子电压PT二次侧电压值也有明显差异的。以上数据表明问题很可能出现在PT上,初步判断

5、该故障是由励磁测量PT故障引起。(3处理过程:利用停机的机会,将PT隔离出来,发现连接PT一次的固定装置松脱,这样就造成电压不正常,稍后对松脱部分进行了固定。然后在二次注入试验中,确认故障“REG MB-3”已经消失。后来发电机并网后,通过切换通道实验,调节器各种功能正常,故障没有再出现过。本次故障处理给我们的启示有:对于AVR故障信号,通过维护手册给的信息来频繁的更换卡件是盲目的;多关注一次回路很有必要。3、无刷励磁旋转二极管检查装置电缆接地故障处理(1故障现象:某汽轮发电机无刷励磁系统在大修完毕后,将旋转二极管检测装置DNC部分送电时,在F2P3卡上出现DEF 1st 红色故障灯亮,三个T

6、RD卡上的1 DEF,2DEF,3DEF红灯亮,后来测量各个探头侧的电压数值如表4-3所示,用示波器测量三个探头的波形,可以看出波形丢失。表4-3 各探头电压测量表UNITE 01:端子排号; DC电压; DC电压(X40:7-9: 15.16V; 15V(X40:8-9:13.58V; 6-9V(X40:11-13: 15.16V; 15V(X40:12-13: 12.17V; 6-9V(X40:15-17: 15.16V;15V(X40:16-17: 13.86V; 6-9VUNITE 02:端子排号; DC电压; DC电压(X40:7-9: 15.16V;15V(X40:8-9: 8.1

7、7V; 6-9V(X40:11-13: 15.16V; 15V(X40:12-13: 7.9V; 6-9V(X40:15-17:15.16V; 15V(X40:16-17: 7.49V; 6-9V(2故障分析:端子排X40:7-9和X40:11-13和X40:15-17是三个探头的输入电源,正常工作时电压数值应为DC15V。端子排X40: 8-9和X40:12-13和X40:16-17是三个探头的反馈电压,正常工作时应是6-9V。现在卡件上面的故障灯亮和电压不正常,说明已经出现故障。造成该故障的原因有两个:第一,励磁机整流部分的旋转二极管有损坏现象;第二,从探头到DNC柜的连接电缆出现绝缘受损

8、现象。(3故障处理:在停机状态下,打开励磁机盖,检查旋转二极管,内部一切正常。再检查电缆,通过测量电缆相间和相对地绝缘电阻,发现电缆绝缘偏低,后来通过甩掉连接电缆头的插件,再测量电缆相间和相对地绝缘,正常;则问题出现在插件上,由于没有相应的备件,只能将其重新连接上,并且将其出口“二级故障”线甩掉,让其不跳励磁开关。并网后,检查励磁电流正常,所以排除了旋转二极管的故障问题。4、起励接触器烧毁故障处理(1故障现象:某水电站1号机自动开机起励,当机端电压上升到约20%额定电压时,起励接触器突然燃烧。此时机端电压还在继续上升,最高达到约30%额定电压,最后电压下降到零,同时保护报“转子一点接地”故障。

9、(2故障分析:1号机起励解除的条件有两个:一是机端电压达到额定电压的8%,二是起励时间达到5S。二者满足其一,调节器即解除起励令。1号机在开机起励的初始阶段,调节器开出起励令,起励接触器动作都是正常的,起励接触器烧毁发生在起励解除的过程中。当机端电压达到8%额定电压时,励磁调节器起励令解除,起励接触器分闸。由于此时机端电压较低,励磁功率柜提供给转子的电流很小,转子电流主要由直流系统通过起励接触器提供,因此,此时起励接触器必须分断较大的直流电流。起励接触器的合闸是靠线圈的电磁力吸合,分闸靠弹簧力。如果弹簧力太小,或动触头与灭弧罩有摩擦等原因使分闸速度变慢,而分闸电流较大,则会形成电弧效应,导致电

10、弧无法分断而烧毁起励接触器。1号机起励接触器烧毁就是如此。(3故障处理:更换起励接触器,选择工艺质量更好的接触器,并在平时的检修和维护工作中加强检查。同时建议在起励回路加装限流电阻,合理减小起励电流。5、解决因双通道通信模板损坏不能起励的事故处理(1事故现象:某大型水电站进口励磁装置,在汛期进行励磁调节器PSS软件升级,采用机组运行中双通道轮流停电更换程序卡的方法进行。当更换完第二通道的程序卡上电后,第二通道CPU2数码显示“C”通信故障,同时发现本通道与计算机监控系统的PROFIBUS通讯模板(SS52运行指示灯熄灭。SS52这个通信子板是集成在一个通信主板CS7上,该主板集成了三个通信子板

11、,另外两个分别是双机通信和调试计算机通信子板SS4。由于当时现场没有SS52备件,考虑到这个通信故障也有可能是通信主板故障造成,再加之有时候上电复位可以消除这个“C”故障,于是外方励磁调试专家主动的采取停电上电和更换通信主板的方式,试图消除这个故障。然而就在一次上电过程中,灭磁开关意外跳闸,机组失磁停机。该机组汛期跳闸就意味着水库弃水,立即再次启动机组开机并网成为当务之急。然而,该进口励磁调节器可以在通信故障下运行,但是不能在通信故障下起励升压,起励前必须保证没有任何故障信息。在事故停机后,外方调试专家将两个通道的SS52通信子板互换,结果发现两个通道的CPU2均出现“C”故障,且无论怎样更换

12、通信板,这个故障都无法消除。外方调试专家称需要紧急进口SS52备件,机组被迫停机。励磁调节器双通道显示面板始终出现下列故障信息:“PROFIBUS COMMUNICATION FAULT”(PROFIBUS通讯故障;“SYSTEM FAULT SIMADYN D”(SIMADYN D硬件系统故障;“GROUP ALARM”(励磁故障整组报警。(2事故分析:面对着水电厂弃水现实,中方励磁专家首先考虑如何消除“C”故障,让机组尽快并网。在进行硬件检查中,确认两个通道的SS52通信子板都已经故障后,对调节器发出的故障信息进行了分析。该双通道微机装置,每个通道有3个CPU, CPU1主管励磁计算和调节

13、,CPU2主管输入输出及通讯,CPU3主管脉冲输出。每个CUP 都有一个硬件自检系统,励磁应用软件同CUP硬件自检系统通讯。当SS52故障,CPU2自检系统显示“C”故障,同时将这个故障信息传递给励磁软件,励磁调节器就发出:“PROFIBUS COMMUNICATION FAULT”;“SYSTEM FAULT SIMADYN D”和“GROUP ALARM”。该进口励磁调节器同监控装置的主要通讯方式仍然是常规点对点方式,PROFIBUS只是一个辅助单向通讯方式,即励磁调节器只向计算机监控系统传递一些状态和电气量,而不接受监控命令。既然目前缺少SS52备件,无法消除“PROFIBUS COMM

14、UNICATION FAULT”,那就在励磁软件中闭锁这个信号。至于这次故障处理引起灭磁开关误跳,初步分析是在线检修时随意更换电路板所造成,以后需要严格规范运行中更换调节器硬件模板的措施。(3事故处理:将励磁软件程序中的SIMLEB模块中的I由原设置0更改为1,就闭锁了“PROFIBUS COMMUNICATION FAULT”信息,复位调节器操作面板,此时只剩下另外两个故障信号。励磁软件中的“SYSTEM FAULT SIMADYN D”,源于CPU2自检系统发出的“C”故障信息,此信息进入励磁软件前,首先经过一个名为“MASKE”的与门,该与门的另一个输入端IS2原设置为0HFFFF,将其

15、更改为0H0000后,即闭锁了于CPU2自检信息。复位调节器操作面板,原来显示的两个故障信号消失。虽然CPU2数码依然显示“C”故障,但励磁软件已经不接受这个“C”故障信息,励磁调节器满足起励升压条件。检查该励磁调节器,通道切换正常,所有输入输出信号正常。随后在发电机励磁系统空载升压的情况下,进行诸如通道切换、逆变灭磁等常规试验后,将该发电机并网发电。6、甩负荷过速导致可控硅击穿事故处理(1事故现象:某7MW水轮发电机,机端电压10.5KV,空载励磁电压/空载励磁电流为47V/235A,额定励磁电压/额定励磁电流为125V/420A,励磁系统为自并激励磁方式。励磁系统投入试运行72小时正常,试

16、运行结束,进行甩负荷试验。第一次甩50%负荷,有功P=3.5MW,Q=2.6Mvar,励磁电压74V,励磁电流290A。跳主油开关,机端电压快速上升至10.65KV,后迅速下降至10.55KV维持稳定;再次并网,带满负荷,有功P=7MW,Q=5Mvar,励磁电压120V,励磁电流410A。跳主油开关,机端电压快速上升至约12KV,无下降趋势,机组过压保护动作,灭磁开关跳闸灭磁。励磁调节器报C相快熔熔断,检查C相可控硅击穿。(2事故分析:C 相快熔击穿应该是由可控硅击穿短路所致,可控硅击穿的原因很多,如过压击穿,过流热击穿,电压上升率过高击穿,电流上升率过高击穿等。经分析认为,可能是短路过流所致

17、。什么原因能导致过流呢,观察甩负荷时控制角为最大角130度,怀疑甩负荷后电压升高,PT电压高于调节器给定值,调节器逆变,有可能是逆变颠覆所致。调阅故障记录,过压跳闸时刻发电机频率65Hz,调阅调节器软件,发现发脉冲部分按固定50 Hz处理,未加上频率校正。如130度控制角,即在同步点后(130/360×20=7.222mS后发脉冲,而甩负荷过程中频率高达65Hz,7.222mS相对于65Hz的角度为(7.222/(1000/65×360=169度,考虑加上可控硅换相重叠角,实际角度很有可能在180度以上,所以造成逆变颠覆,可控硅短路击穿。(3事故处理:修改AVR软件,脉冲部

18、分加上频率校正,保证实际触发角与实际同步频率对应。经由上述处理后,再次开机带满负荷,跳油开关,发电机电压上升至约10.9KV,后迅速返回至约10.6KV维持稳定,机组过压、可控硅击穿现象消失。7、停机减负荷过程中无功越限故障处理(1故障现象:某水电机组6号机,运行人员手动操作停机,首先退出计算机监控AVC和AGC调节,接着在6号机就地调速柜上将导叶切手动位置。为了防止水轮机导叶在停机过程中被水中杂物卡着,于是采取人为增加和减少负荷操作方法,将导叶上的杂物冲走。第一次增减有功,手动减有功至40MW,再增有功至70MW;第二次减有功至40MW,再增有功至110MW;第三次减有功至650MW时,无功

19、突然过载至150MVar。当时LCU盘Q调节未退出,运行人员在中控室设置无功为零,但无效。于是到励磁调节器现场减无功至零。监控上位机报有“6号机强励限制动作”、“6号机转子过载”信号。励磁调节器事件记录有:无功过载限制动作;强励限制动作;强励限制复归;无功过载限制复归;停机。(2故障分析:从计算机监控记录和保护故障录波看出,无功的突变与减有功的速度和幅值有关。初步分析这是励磁调节器电力系统稳定环节引起的反调所致。该励磁调节器采用线性最优励磁控制方式,而这种控制方式所带来的效果等同于PID+PSS。该调节器计算模型如下公式,其中P、f为实测值与前3秒平均值之差,V为实测值与给定值之差。=-D (

20、Kp*P+K*+Kv*V0(k=0*(k-1+Ki*Vt(k=0+从上述计算模型看,由于KPP项存在,反调一直存在。当KPP小于KV时,无功不会变化,当KPP大于KV时,无功变化很大。无功增加,超过无功限制值,无功过载限制动作,励磁调节器把当时实测电压值作为电压给定值,因此会保持无功过载状态,直到强励限制动作或手动减磁返回。分析结论如下:当有功功率变化速率较大时,励磁调节器反调动作,导致6号机无功过载,因此6号机无功限制功能设计上也存在不足。(3故障处理:首先要求运行人员进行手动停机操作时,按照先减无功、再减有功顺序进行,同时有功减少的速率和幅值要控制。鉴于此次故障所带来的危害,该电厂已经决定

21、取消这种手动停机时人为增减有功的做法。8、因PT断线造成起励失败故障处理(1故障现象:某大型水电机组双微机励磁调节器,自动起励后,励磁现地显示100%Ugn,起励成功,但机组保护装置发过激磁报警,机组监控显示发电机电压为110%Ugn多。逆变灭磁后再手动零起升压,发现励磁测量机端电压确实比保护和监控装置所测的电压值低,用万用表测量励磁调节器两个测量PT电压,发现缺少C相电压,进一步检查,发现这两个PT二次侧开关的C相不通。(2故障分析:由于该机组PT没有装设一次侧保险,故在PT二次侧装有辅助位置接点的空气开关。该励磁调节器采用两种方法来判断PT断线:第一是判断PT二次侧空气开关位置,当开关处于

22、断开位置就认为PT断线,于是调节器进行通道切换,当双通道的PT都断线,调节器不切换但控制模式转为励磁电流控制方式;第二是调节器计算发电机零序电压来判断是否有PT断线,当零序电压大于20%额定机端电压且延时20毫秒,就认为该通道PT断线。但当双通道同时都检测到有零序电压,就不认为是PT断线。正是由于两个PT 开关的C相同时断线,调节器认为PT正常。但是由于缺一相电压,调节器计算的发电机机端电压就比正常小,于是当调节器按照100%额定电压起励后,发电机机端电压就过压,造成机组过激磁保护动作报警。(3故障处理:申请停机处理,进入发电机PT 二次侧空气开关控制盘现场,确认励磁调节器的两个开关C相接触不

23、良,且时好时坏。检查中发现这两个励磁测量PT开关的型号都为C32(额定电流32A,而其他装置所用PT开关为C6(额度电流6A。于是将两套励磁PT开关都换为C6型号。随后开机起励升压成功。由于正常运行中,PT开关只有很小的电流流过,原安装的32A开关极不合理,不过现在的6A空气开关也有不妥之处,因为其他机组的励磁PT开关采用的是ABB额定电流只有2A的开关,运行情况表明,该开关动作可靠,运行稳定。为了保证该回路的可靠运行,建议将该机组励磁PT开关也更换为2A开关。9、水电机组电气制动失败故障处理(1故障现象:某大型水电厂数台机组在停机投电气制动过程中,励磁系统已经接受机组监控下达的电制动命令,励

24、磁调节器由原来的AVR 模式切换到ECR模式,调节器的给定值正确,脉冲也已经发出。励磁功率柜电制动回路的输入输出开关S104和S105都已经合上,但是功率柜没有电流输出,即机组没有励磁电压和励磁电流。最后励磁调节器报制动超时,励磁系统退出制动状态,电气制动失败。(2故障分析:对于大型水轮发电机来说,由于巨大的转动惯量使得机组停机时间长。为了防止机组长时间低转速造成推力轴瓦受到损伤,大型机组采取电气制动技术措施:即在机组转速降到50%额定转速时,合上发电机出线侧的三相制动短路开关,合上励磁功率柜制动回路的输入输出开关,将机组厂用电引入到功率柜,励磁调节器转手动运行并发出触发脉冲,此时功率柜输出恒

25、定的励磁电流,发电机输出恒定的短路电流,于是发电机产生制动力矩,使机组转速快速下降,当机组转速降到15%额定转速时,监控发出电制动结束命令,励磁系统结束电制动流程。该大型机组电气制动采用柔性制动技术,即电制动的励磁装置就是正常运行中的励磁装置,只不过设立了专用的制动回路开关。励磁功率柜采用五柜并联,且采用3.5英寸晶闸管。初步分析该故障,认为大功率晶闸管擎住电流一般比较大且有一定的分散性,由于制动运行时的励磁整流柜太多,使得每个可控硅流过的电流太小,再加上发电机转子大电感对励磁电流上升的阻碍作用,造成制动回路中电流还没达到晶闸管所需要的擎住电流值时脉冲就消失了,因此晶闸管立即关断,导致功率柜没

26、有输出电流产生,电气制动失败。(3故障处理:按照故障分析结论,首先进行验证试验:第一个方法,电制动前在转子两端即功率柜输出外接一个大功率线性电阻,我们俗称续流电阻,接着进行电气制动试验,电制动成功。可见,增加了续流电阻后,功率柜输出电流避开了转子大电感而迅速建立起来,电气制动成功;第二个方法,电制动前卸下两个功率柜的脉冲电缆即采用3个整流柜工作,此时电气制动也正常。这说明减少并联的功率柜数量,使得流过的晶闸管电流大于其擎住电流电气制动成功。通过验证试验,确认故障分析正确。解决这种制动故障的方法,从理论上有三个方案可供选择:增加可控硅脉冲宽度;减少制动时功率柜数量;并联转子续流电阻。最后从工程上以及安全性的考虑,选择电气制动时减少功率柜数量,采用修改励磁软件的方法,在励磁进入电气制动流程时,封闭两个功率柜的触发脉冲。10、励磁装置起励误强励事故处理(1事故现象:某小水电机组自动开机带主变空载升压时,监控系统报励磁系统强励限制动作、无功过载动作,发电机定子过压