一起燃機勵磁電壓異常原因分析及預防建議

紀虎軍 趙俊杰 李 強

一起燃機勵磁電壓異常原因分析及預防建議

紀虎軍1趙俊杰2李 強2

（1. 深能智慧能源科技有限公司，廣東深圳 518031；2. 西安熱工研究院有限公司，西安 710054）

某燃機電廠6號機組在整套起動勵磁系統試驗時發現勵磁電壓波形異常。本文結合該試驗二次回路和滅磁原理對波形異常原因進行分析，組織人員進行檢查處理，并對處理結果進行對比驗證。最后，結合現場經驗提出避免此類事件發生的幾點建議。

勵磁調節器；滅磁；波形異常；燃機

0 引言

勵磁系統作為大型發電機組的重要組成部分，它在機組并列后維持發電機機端電壓在給定水平并控制機組無功功率的合理分配，不僅對提高電力系統穩定性有重要作用，還在燃機拖動起動階段發揮重要作用。在機組的整套起動過程中，需根據相關規程對勵磁系統進行動態試驗[1]。本文通過分析一起整套起動過程中滅磁試驗波形異常事件發生的原因，提供一些處理勵磁系統故障的基本思路，并針對性地提出一些建議。

1 勵磁電壓波形異?，F象

根據相關試驗規程，機組整套起動過程中需在發電機空載條件下進行滅磁試驗。滅磁試驗分為正常逆變滅磁、跳滅磁開關滅磁、遠方滅磁、保護動作跳滅磁開關4種方式進行[1]。通過滅磁試驗來檢查跳滅磁開關是否正常、測定滅磁時間常數，同時對滅磁過程進行錄波以檢驗滅磁過程中觸發角的變化和跨接器投入情況等[2-3]。近年來滅磁失敗引起故障范圍擴大的事故時有發生[4-5]。

某燃機電廠6號機組采用進口勵磁系統。整套起動期間，首次跳滅磁開關滅磁試驗完畢后發現勵磁電壓波形異常。試驗波形如圖1所示，作為對比，圖1中也給出了同項目5號機組相同試驗項目的波形。

圖1 跳滅磁開關滅磁試驗波形1

根據該型勵磁系統原理，在接收到外部保護跳閘信號時，勵磁調節器瞬時封脈沖，同時跨接器動作，向轉子回路中投入滅磁電阻。磁場能量由轉子繞組和滅磁電阻構成的回路消耗[6]。

由圖1波形可以看到，6號機組滅磁開關跳開后，勵磁電壓瞬時反向，最大反向電壓為-116.3V，與5號機組相同試驗時正確的波形基本相同[7]，但在160ms后即保持-80V左右，直至340ms后迅速歸零。

為排除試驗接線問題導致的波形異常，緊固試驗接線，并對廠家內部接線進行緊固檢查。起勵后再次進行跳滅磁開關滅磁試驗，錄取波形，試驗儀器錄到的跳滅磁開關滅磁試驗波形如圖2所示。

圖2 跳滅磁開關滅磁試驗波形2

由圖2看出，勵磁電壓波形依然出現同樣的異?，F象，且勵磁電流正常衰減，需進一步分析波形異常原因。

2 原因分析及處理

針對兩次試驗波形異常的形成原因，勵磁廠家回復從波形來看勵磁電流平穩下降，說明滅磁回路投入，保護跳閘之后勵磁電壓會有短暫的采樣失真問題。但錄波儀器的勵磁電壓采樣回路是接在端子排上，而端子排由廠家配線引自開關柜銅排。同樣類型的5號機組并沒有出現此問題。廠家此回復并不能解釋勵磁電壓波形畸變的原因。

經分析后，試驗人員認為可能原因如下：①錄波儀器參數設置問題；②錄波儀器通道問題或錄波儀器內部虛接；③滅磁回路中電阻元件或跨接器連接存在問題；④滅磁開關滅弧柵位置錯位或開關接觸面斷開不及時。

為進一步查明波形異常原因，分別在兩個通道下通過逆變方式滅磁。錄波儀器使用的錄波模板不變，同時設置勵磁調節器對此次滅磁試驗進行錄波。試驗儀器錄取的波形如圖3所示。

圖3 雙通道逆變滅磁波形

由圖3可看出，勵磁電壓、勵磁電流均正常衰減。A通道逆變滅磁時反向勵磁電壓最大-818.0V，B通道逆變滅磁時反向勵磁電壓最大-818.6V。勵磁調節器與錄波儀器所錄波形基本一致，說明勵磁電壓試驗采樣回路無誤，錄波儀器通道設置正確。

所以造成勵磁電壓波形異常的原因可能存在于跳滅磁開關滅磁方式的耗能回路中[7-8]。對滅磁電阻及跨接器進行檢查，并與設計圖紙核實。滅磁電阻測量阻值基本正確無誤，與設計一致[9]；跨接器開關模塊接線方式正確，與設計一致[4]；對滅磁開關本體及滅弧柵進行解體檢查，均無異常。

再次組織人員協助廠家對勵磁系統內部接線進行排查，同時檢查勵磁調節器各項設置，發現盤柜內勵磁電壓采樣接線位置錯位，勵磁系統勵磁電壓采樣線陽極接錯位置，如圖4所示。

圖4 勵磁電壓采樣位置

如圖4所示，勵磁電壓陽極采樣點本應接在滅磁開關發電機轉子側，實際接在了整流橋側。因兩臺機組為鏡面布置，轉子進線位置在完全相反的兩個方向，廠家安裝人員在安裝時未注意兩套勵磁系統的區別，導致6號機組勵磁電壓采樣位置接錯。

經過與廠家技術人員商討更換采樣點位置方法，制定處理方案及安全措施?，F場確認位置后，對勵磁電壓采樣線接線位置進行更改。

3 效果驗證

處理完畢后連接好錄波儀器，在滅磁開關前后各設置一個勵磁電壓采樣點。通過對比兩個采樣點采樣的勵磁電壓波形，驗證勵磁電壓波形畸變是否由采樣位置錯誤引起。

再次起動6號機組，分別在勵磁調節器的A、B通道下進行跳滅磁開關滅磁試驗，錄取試驗波形如圖5所示，其中曲線1、4為整流橋側電壓；曲線3、6為滅磁開關轉子側電壓；曲線2、5為勵磁電流。

（a）A通道滅磁波形

（b）B通道滅磁波形

圖5 跳滅磁開關滅磁試驗波形3

由圖5波形可見，轉子側勵磁電壓（曲線3、6）正常平穩變化，整流橋側勵磁電壓（曲線1、4）與之前異常波形一致。檢查勵磁系統錄取的波形，與錄波儀器錄取的轉子側勵磁電壓（曲線3、6）波形一致。下面結合圖5及相關文獻[7, 10-12]，詳細分析滅磁動作過程。

封脈沖后，磁場斷路器分閘之前，因轉子電流不能突變，所以最后導通的兩個晶閘管將始終保持導通狀態，直到晶閘管中流過的電流低于維持電流而自行關斷。滅磁開關斷開前，轉子電壓和轉子電流根據滅磁電阻和轉子繞組組成的回路特性衰減。滅磁開關斷開后，整流橋側電壓根據整流橋側的回路特性衰減。此時整流橋側測得的電壓等于滅磁開關處的弧壓與滅磁電阻上電壓的疊加，是一個暫態綜合疊加的過程。直至完全熄弧，滅磁開關整流橋側電壓消失。再經過一定延時后，整流橋交流側開關斷開。

此試驗驗證了本次整套起動過程中勵磁電壓波形異常確實是由勵磁電壓采樣位置錯誤引起，而非勵磁系統其他故障。驗證完畢后拆除試驗接線，復歸勵磁系統信號，繼續進行整套起動。

4 結論

跳滅磁開關滅磁試驗是故障停機時保障機組安全的最后一道防線，其可靠性至關重要。當機組內外部故障時，保護動作后需要勵磁系統能迅速斷開發電機勵磁回路，并將轉子繞組中的能量迅速消耗掉，避免事故擴大。本文在整套起動過程中發現勵磁電壓波形異常，立刻進行異常原因分析，及時發現并處理了勵磁電壓采樣畸變異常問題，保證了機組的正常帶負荷試運。

造成本次滅磁異常的主要原因是廠家在生產時未嚴格按照設計圖紙進行出廠檢查導致，也反映出了在整個勵磁系統調試過程中存在的各方把關不嚴的問題。

為杜絕此類事故，總結以下建議：①廠家在入場檢查時，應認真核對設計圖紙與實物差別，及時發現生產中的問題，特別是通性問題；②單體調試單位應完善靜態調試方案，在靜態試驗時與廠家密切配合，認真檢查各回路；③系統調試人員應完善整套起動方案，把好最后一道關卡，在試驗時應認真檢查波形及各項參數，及時發現設備缺陷，有疑問必須處理后才能繼續進行試驗；④勵磁系統試驗時，現場試驗人員應熟悉勵磁系統原理及各方式下系統參數特點，及時處理試驗過程中出現的各項異常。參建各方應認真執行各項措施避免機組帶缺陷并網。

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Cause analysis and preventive suggestion of abnormal excitation voltage of gas turbine

JI Hujun1ZHAO Junjie2LI Qiang2

(1. SE Smart Energy Technology Co., Ltd, Shenzhen, Guangdong 518031;2. Xi’an Thermal Power Research Institute Co., Ltd, Xi’an 710054)

Abnormal excitation voltage waveform is found in the excitation system test of unit 6 of a gas turbine power plant. Combined with the secondary circuit of the test and the principle of demagnetization, the cause of abnormal waveform is analyzed, and the personnel are organized to check and deal with it. The results are compared and verified. Finally, some suggestions are put forward to avoid the occurrence of such incidents.

excitation regulator; de-excitation; abnormal waveform; gas turbine

2022-03-03

2022-03-21

紀虎軍（1983—），男，廣東深圳人，本科，工程師，主要從事智能配電網電氣技術管理工作。