發電機微機勵磁調節系統參數波動的分析與處理

摘要：隨著電力系統的迅速發展，對發電機勵磁系統的靜態和動態調節性能以及運行可靠性提出了更高的要求。計算機技術、控制理論、電力電子技術的發展促進了微機勵磁調節系統逐漸趨向于成熟、穩定、可靠，成為火電廠的首選方案，逐漸在大型汽輪發電機組中推廣應用。但在實際生產過程中，微機勵磁調節系統也會出現一些新的故障現象，對現場維護人員的技術水平提出了更高的要求。本文介紹了一起微機勵磁調節系統參數異常波動的現象、原因以及分析處理方法，希望為遇到同樣問題的專業人士提供一個解決問題的思路。

關鍵詞：參數；分析；處理

一、引言

某廠一臺220WM發電機組投產于2005年，為汽輪發電機組，采用自并激可控硅微機勵磁調節系統。該勵磁調節系統采用的是GES3000型微機勵磁調節裝置?，F場接線方式如圖一所示。

GES3000型微機勵磁調節系統將發電機機端三相電壓和三相電流，轉子電流和轉子電壓等信號，通過信號測量回路將信號隔離并處理，經高速、高分辨率A/D實現模數轉換，輸入到CPU中，經交流量采集算法及數字濾波實現勵磁系統數據采集。調節器根據測量到的機端電壓，有功功率、無功功率和勵磁電壓，電流等，實現對發電機勵磁的控制，使機端電壓維持在恒定值。調節器具有機端電壓和勵磁電流兩種閉環控制運行方式，以及觸發角控制的開環運行方式。

該微機勵磁調節系統采用了現場網絡技術和智能化的設計思想，改變了傳統勵磁系統結構和數據信息交互方式，大大簡化了勵磁設備之間的連接，增大了數據和信號的傳遞，節省了聯接電纜，使設備可靠性得到提高，維護更加容易。同時，系統配備了兩套完全相同、獨立的A、B調節器主機，A、B兩套系統之間采用通信網絡聯結，系統結構簡單，可靠性高。雙通道控制系統間的通信更全面而真實，系統的冗余度和可靠性更高。A、B調節器主機采用主備運行方式，可以實現兩套調節器主機間的無縫切換。調節器主機采用交、直流雙重供電系統及進口工業電源，提高供電可靠性。采用高性能處理器和高速、高分辨率的A＼D轉換器，實現每周波24點采樣，結合專用的測量PT，CT，及數字信號處理器（DSP）進行交流量采樣計算，保證了測量的高精度及響應速度。

二、工作原理

GES3000微機勵磁調節裝置將發電機機端三相電壓和三相電流，轉子電流和轉子電壓等信號，通過信號測量回路將信號隔離并處理，經高速、高分辨率A/D實現模數轉換，輸入到CPU中，經交流量采集算法及數字濾波實現勵磁系統數據采集。調節器根據測量到的機端電壓，有功功率、無功功率和勵磁電壓，電流等，實現對發電機勵磁的控制，使機端電壓維持在恒定值。

調節器具有機端電壓和勵磁電流兩種閉環控制運行方式，以及觸發角控制的開環運行方式。

正常運行時，調節器按機端電壓進行PID調節，并對各種工況進行實時限制判別、故障檢測、錄波等工作，一旦發現異常情況，自動轉換到限制功能，或切換到備用通道，并進行異?；蚬收蠄缶?。在雙通道雙重控制情況下，備用通道自動實現跟蹤主通道的控制調節量、主要工況和狀態，以實現無擾動的切換

三、事件經過

2014年8月2日，發電機組正常運行，有功負荷153MW，無功負荷30MVAR。微機交流勵磁調節系統A套主機運行，B套主機跟蹤A套主機同步在線運行。

17：05，發電機DCS顯示有功功率、無功功率、轉子電流、轉子電壓、勵磁變低壓側電流出現有規律的異常波動。其中無功功率波動幅度較大，最大波動幅值達到了30MVAR左右?，F場檢查勵磁變壓器、微機勵磁調節器和整流柜無任何異常報警發出，勵磁調節器主機仍然維持A套運行。微機勵磁調節器控制柜、整流柜各參數與DCS顯示數據同步擺動。

維護人員初步判斷微機勵磁調節器A套主機出現異常，立即手動將發電機組微機勵磁調機器主機由A套切換到B套運行。切換后，機組各項運行參數恢復穩定，機組恢復正常運行。

四、原因分析

維護人員利用隨后的機組調停時機，對機組微機勵磁調節系統進行了認真、細致的檢查，沒有發現明顯的故障點和異?，F象。

GES3000型微機勵磁調節裝置包括兩套完全相同的主機控制器，每套主機控制器包括：主機板、電源系統、采樣板、液晶顯示板和數字脈沖形成及放大板。如圖二所示：

維護人員考慮到電子元器件具有一定的使用壽命，而該機組微機勵磁調節系統已經投入運行7年多，主機內部的電路板、插件均未更換過。經過研究，維護人員決定對A套主機控制器的部分插件進行更換。共更換了數據采集板、脈沖形成板兩塊插件板。主機內部結構如圖三所示。

為了檢驗A套主機更換插件后的實際運行效果，我們仍然使用A套主機完成了發電機組的起勵、升壓、并網工作。各項操作指令均順利完成，A套主機運行穩定，#8發電機組運行穩定。

投入運行幾天后，該發電機組又出現了正常運行中參數異常波動現象，波動的參數仍然與第一次相同。運行人員立即手動將微機勵磁調節器主機由A套切換至B套運行，切換后，各項參數趨于穩定，機組恢復正常運行。

每次出現機組參數波動時，將A套主機切換到B套主機，機組均能恢復正常運行。初步說明整個微機勵磁調節系統的一次元器件沒有問題，查找問題的重點應放在微機勵磁調節器A套主機本身、A套主機與整流柜之間的調節脈沖傳送回路這兩個方面。

該機組微機勵磁調機器主機與三臺整流柜之間的調節脈沖采用串口、并聯的方式進行傳送，如圖四所示。為了排查故障點，以B套系統作為比對，維護人員將A套主機與B套的調節脈沖傳送回路相連，通過小電流試驗檢測，勵磁調節系統各項功能正常，從而確定A套主機正常。加上前已確定一次元器件沒有問題，最終維護人員判斷故障點應該在A套的調節脈沖傳送回路上。

隨后，維護人員又將B套主機與A套的調節脈沖傳送回路相連，通過小電流試驗檢測，發現此時勵磁調節系統又出現了有規律的波動。再次驗證判斷。

通過理論分析，我們也可以知道調節脈沖在傳輸過程中如果出現問題，目標值和反饋值將無法達到平衡，為了達到調節目標，A套主機將不斷發出脈沖調整三臺整流柜輸出，將會引起發電機運行參數有規律的波動。

根據試驗和分析結果，我們更換了調節器A套主機到整流柜之間的調節脈沖傳輸線。更換后，為了檢測A套調節器主機整體調節性能，我們進行了勵磁調節系統帶負載小電流試驗。

試驗結果顯示勵磁調節系統輸出波形完整，幅值、角度正確，A套主機調節功能正常，各只可控硅功能正常，微機勵磁調節系統運行穩定。

試驗完成后，我們仍然使用A套主機進行發電機組的起勵、升壓、并網操作，各項指令均順利完成，A套主機運行平穩，發電機組運行參數穩定無異常。

機組投入運行后，連續觀察微機交流勵磁調節系統2個月的時間，該套微機交流勵磁調節系統未再出現運行中參數波動異?，F象。至此，此次微機交流勵磁調節系統參數異常波動的原因已經明確，波動的原因是由于微機勵磁調節器主機與整流柜之間的調節脈沖傳輸線纜老化，出現脈沖丟失造成的。

五、總結

發電機組微機勵磁調節系統參數異常波動，經過一段時間的檢查、分析和試驗，原因已經明確，問題已經解決。但此異常情況對現場維護人員敲響了警鐘。電子元器件雖然具有運行穩定、可靠、維護量小等一些優點，但其對使用過程中的溫度、灰塵以及使用年限都有著較嚴格的要求，具有一定的使用壽命?，F場維護人員應該對長周期使用的電子元器件加強檢查和維護，嚴格按照技術規范進行定期檢驗。真正做到及時發現問題，及時處理問題，把事故隱患消除在萌芽狀態。

作者簡介：

姚瑞強（1969年—），男，安徽宿州人，工程師，大專學歷。從業于大唐淮北發電廠，歷任生產值長多年，研究方向：電力系統及其自動化，發表技術論文多篇。