抽水蓄能电站励磁系统并网时出现失磁故障处理.docx

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1、针对呼和浩特抽水蓄能电站励磁系统在水泵工况下并网时机组出现的失破故障进行原因分析，并根据并网前各系统的控制流程，对同期装置以及静态变须起动系统的控制方式进行修改，同时在监控系统中增加了励陂系统运行方式的判断条件，最终实现励磁系统水泵工况下的可靠并网.随着我国电网规模不断扩大，受地区水力资源的限制，抽水蓄能电站对电网的调峰作用日益重要。国家对电网经济运行和电源结构谢整提出了更高的要求，使得抽水蓄能电站的建设步伐加快.抽水蓄能电站中励陂系统的运行工况较为发杂，相对于常规电站有更高的耍求，在现场运行中常遇到各类问题.I项1.情况概述抽水蓄能电站是区第一座抽水茅能电站，上卜冰库水位差540m,电站共安

2、装了4台30I（MkW的立轴单级可逆混流式机组，设计年抽水用电量为26.77X1.oXkwh,年发电量为20.07KIO8kWh.该项目发电机由电机提供。4台励磁系统均由电机控制设备有限公司（以下简称公司）生产。该项目为UN6800型励磁系统在国内抽水蓄能电站的首次应用。软件部分由自行设计，在调试过程中根据现场情况进行了些改进优化。2故障说明2.1 系统概述励磁系统采用双通道、3整流桥设计。励磁变高压侧连接到主变低压侧，长期带电。为保证检修时可靠断开电源，在交流进线柜内设置个抽出式交流隔离开关作为断点.交潦侧开关与灭磁开关设置有闭锁逻辑”励磁系统支持正常发电、背靠背电动机、背靠背发电机、电制动

3、、线路充电、静态变频起动系统（IOadCOmmUtatedinverterstartingsystem,1.CD水泵工况等模式，起动前根据监控系统命令进行模式选择及流程、参数等切换。监控系统由北京贝利提供，1.Q系统由ABB提供.该型号励磁系统与上述系统均有丰富的配合业绩。2.2 1.Q控制模式说明该项目在水泵工况下由1.C1.系统拖动发电机至额定转速，1.CI系统与励磁系统的通信量包含以下几项：励磁电流给定420mA:励磁电流反馈420mA；励磁系统投入/切除：励磁系统投入状态反馈：在水泵工况起动前，由监控系统选择被拖动机组和励微系统。水泵工况起动示意图如图1所示。起动后，1.C1.系统控制

4、励磁系统投入,投入时励磁系统切换到手动模式，初始给定值设为0,并开放励磁电流外部模拟量给定模式。1.CION*-图I水泵工况起动示意图1.CI系统通过4-2（）nA模拟量来控制励磁电流的输出。励磁投入后跟踪1.c1.系统的绐定值进行调节，同期条件满足时，同期装置投入，由同期装置下达频率、电压调节信号至1.C1.系统，由1.C1.系统谢节发电机电压及频率。同期合闸命令发出的同时，励陵系统切换至自动模式，I系统退出运行。2.3 故障情况在调试阶段的某次水泵工况并网时，出现了下述情况：拖动过程正常，在同期合闸瞬间，1.CI系统正常退出，但励磁电流快速下降并触发发变组失磁保护动作跳机。3故障分析3.1

5、 故障原因I）首先列出1.C1.系统退出条件如下：系统故障：同期合闸命令：发电机出11断路器gcnc11iorcircuitbreaker.GCB）合闸状态。任一条件满足时，1.a系统均退出运行，同时闭锁脉冲，并闭锁发送至励磁系统4-20mA模拟量信号。2）励磁系统给定消失条件如下：系统故障：给定值降低至0.枪杳发现励磁系统并未出现故障报警信息，而是在保护系统动作后才跳闸并退出运行的。退出时励磁系统运行在手动方式K此时可.以肯定，励磁系统当时没有及时切换至电压模式，并I1.给定值出现了异常。3.2 过程回潮根据图2所示，在水泵工况下，1.C1.系统拖动至同期投入状态时，同期装置运行并开始给1.

6、CI系统发送调节信号。电压、频率调节命令图2水泵工况控制信号示意图在同期条件满足后，同期装置同时发送同期合闸命令至GCB.1.CI系统、励磁系统。此时分别动作GCB合仲I、1.CI系统退出、励磁切换至自动模式等。1.C1.退山流程，执行闭锁脉冲及闭锁420mA模拟量信号。理论上1.CI退出至闭锁420mA模拟量信号的时间比励磁系统切换自动模式的时间更长，但这里偏差仅为ms级别。此次故障时，励磁系统还没有切换至自动模式，1.Q系统已退出了420mA模拟量信号，导致励磁系统电流给定值突降至0,出现此次故障。4现场解决方案鉴于在水泵工况下励磁系统由1.c1.系统控制，在自动模式下必须保证跟踪1.C【

7、系统给定，要解决的问题是如何在并网时保证励磁系统给定值正确，以避免出现错误的给定情况。故障发生后，现场讨论提出了几种处理方案。4.1 方案1聘1.CI系统的4-2OmA模拟量信号在并网后保持几秒钟时间，在GCB合间后再退出。这里认为，1.C1.系统在拖动完成退出后不应该再接入到无关流程的控制中，并I1.此时励磁系统应该在自动模式下并网。该方案被否决。4.2 方案2在UN6800励磁系统的标准1.Q程序流程中，在1.Q控制模式时会保持强制手动(FOrCCManUa1.)(此时励磁系统不可切换到自动模式)和允许1.cI外部给定(EnabIe1.C1.Ref1.nput)命令，防止1.C1.拖动中励

8、磁模式切换导致失控，将现场1.c1.外部模拟量给定对应的励磁电流输出设定为01200A。为避免上述故障情况发生，可以在同期投入调节后、GCB并网前将励磁的1.C【控制模式退出。而退出该模式，可通过将EnabIe1.CIRefInPUt命令置零或将励磁系统切换到白动模式来实现。考虑运行安全，采用了自动模式并网的解决方案，并依据此方案时励6S系统程序进行/修改.首先设定一个机端电压目标值，在电压值达到时更归FOrCCManUa1.命令，使励磁系统可切换至自动模式。在同期装置投入后，将励磁系统切换至自动模式，闭锁1.C1.系统控制。可以通过励磁系统自行判断、监控系统发出切自动命令或将同期投入命令作为

9、自动模式切换条件等方式实现“同期控制模式如图3所示。此时的增、减电压信号由同期装置发送至励磁系统进行机端电压调节，而1.a系统只需控制发电机转速。图3同期控制模式现场励磁系统没有接入同期投入的接点信号，现场讨论也不建议采取励磁系统自行切换到自动模式的方式。最终采取监控系统控制方式，在发出同期投入命令时向励盛系统同时发出自动模式投入指令。在同期合闸条件满足并发出合闸命令时，励礴系统已切换至自动模式，1.C1.闭锁输出后将不会导致发电机失亥情况发生。4.3 方案2优化在将上述流程修改后，顺利执行了多次水泵工况并网操作，但在运行1个月后的次并网过程中，再次出现了失磁情况。现场同期装置合闸有耍在同期投

10、入、同期合闸条件满足、监控系统发出允许同期合闸命令的条件下才会送出GCB合闸指令。监控系统记录显示,此次同期合仲I时间非常短，杳看励磁系统录波记录看出，自动方式投入命令与GCB合闸状态信号几乎同时动作，但励磁系统的GCB介闸状态为接点反馈信号，实际GCB合闸时间应早于白动模式投入指令。故障仍然是励磁系统手动方式下并网，1.C1.给定值消失导致。为解决该问题，在监控系统流程中增加了励6自动模式判断条件。在检测到励磁系统自动模式反馈信号后，再允许同期介闸，这样就从根本上避免了此类故障情况的发生，最大程度上保证f发电机运行安全。4.4 现场运行情况方案修改前，同期投入后，由同期装置发送增/减磁、增/

11、减速信号至1.C1.系统,1.e1.系统控制发电机（电动机）转速及机端电乐。并且，项目合同中对拖动时长也有考核要求.因此，方案修改前，担心同期调节时间增长、影响1.c1.系统调节等情况发生，具体如下：D方案增加了励磁系统自动模式切换的数秒时间，但根据历史记录核算，不影响考核时间。2）励遨切换自动模式后，将保持机端电压为切换瞬间的给定值.，此时1（1系统调节定子电流又会影响机端电压值，造成互相影响.3)根据多次拖动过程的录波以及1.a控制原理分析，同期投入后，机端电压和1.C1.输出定子电流大小基本维持不变，仅级慢调节转速，不会出现不秘定情况.并且1.CI及励亥系统均有完善的保护功能，并网前出现

12、异常也不会对各个系统造成损在。决定试运行该方案进行验证。目前，方案修改后已运行5年时间，并未对同期合闸时间造成影响，现场1.eI系统也运行正常,未H1.现异常IKH情况，充分验证了该方案的可靠性。5结论综合上述分析及现场运行情况，在抽水蓄能机组中可参考呼蓄电站的水泵工况并网流程，同时根据现场实际情况优化判断条件及励磁调节模式切换方案，避免水泵工况下并网时出现失磁故障。附参考资料：水电站励疏系统的故障原因及对策励磁系统是水电站比较近要的控制系统，是水电站发电机组的重:要组成部分。励磁系统在实际运行过程中出现故障时将直接喊胁到水电站的安全运行。作者介绍了水电站常见的励磁系统故障,根据现象分析了发生

13、的原因，并提出了相应的解决对策“希里对相关人员有一定的借鉴意义“励磁系统作为水电站发电机的重要组成部分，在发电机运行时承担若调节发电机的出口电压和机组无功功率的任务。水电站励该系统故障会直接影响到水电机组的安全运行，严重时将导致水电机组停运、水库弃水等事件发生，本文将对励磁系统的常见故障及其原因、对策进行介绍.K水电励磁系统概述水电站励盛系统包括发电机励磁电流电源和相关的附属设备，主要由励磁调节器和励陂功率单元组成。励磁调节是根据设定好的调节准则，通过采集接受的信号最终实现控制励磁单元的输出.励磔电流由发电机转子产生，励蹂系统的运行稳定可以保障电力系统并网机组的运行稳定。通常对于水电机组来说，

14、根据机组的容量不同，其励磁方式也不同。容量大于50OkW的机组励礴方式采用自并励可控硅励磁，小于50OkW的水电机组励磁方式为双绕组电抗器分流自复励方式，投产较早的水电机组励磁方式为永磁副励磁机和交潦侧串联相复励方式。自并励静止可控硅整流励磁系统的组成包括励磁变压器也、交流隔离开关柜、整流柜、直流灭腑开关柜、直流隔离开关柜、非线性电阻柜、辅助柜、调节柜。正常情况下励蹂调节器采用自动电压调节(AVR)控制方式。自动电压调节(AVR)控制是通过调节P1.D调节器的输出来改变发电机的励磁电流，该调节器的输入为发电机机端电压和电压给定值的偏差。最终实现发电机端电压的稳定。具体调节原理如图1所示。图1励

15、磁调节器AVR控制原理图2,水电站励磁系统的常见故障分析及对策2.1 失磁（I）原因分析I）通过杳找保护动作时的记录和录波发现，失磁故障发生时录波显示转子电压卜降的突变量起动。2）由录波起动开始，56ms后转了电压下降至0.40OmS转了电收变为负值，此时电流和定子电压摆动剧烈，1280m*失磁保护动作。3）在经过仔细检杳后发现励磁功率电源的交流恻开关S1.I1.的辅助接点松动，该节点松动造成接触电阻偏大，从而出现失磁故障。由于该点的松动导致励陂系统逆变灭琛后出现失礴。（2）处理对策I）为了及时发现开关接点的故障，在S1.1.1.开关辅助接点处增加一个故障监控录波器加强监控。2）定期对励磁开关

16、辅助接点进行检查和紧固，提高励磁开关辅助接点的可花性。2.2 整流电源故障（1）原因解析某水电站采用的是可控硅自并激26MW机组，机组起动后发电机不起床，检查外部条件均满足，励磔:装理无异常报警.针对此现象可能存在的故障原因有:I）励磁调节器和可控硅整流装置电气回路故障2）整流电源存在故障采取措施对上述两个可能的原因进行了排除。首先检查了励琛调节器和可控硅整潦装理的电气回路，检查后未发现异常.接着对可控硅电源进行/仔细检隹，检杳后发现可控硅电源输入闸刀B相断裂造成了整流电源缺相，从而使发电机起压不成功。励磁直流助磁不投的主要原因是由于B相断裂造成物磁同步电压无法建立,同时由下同步电压网路故障信

17、号报警的灵敏度设计较低，使得无报警发出。（2）对策1）可控硅电源输入B相间刀进行更换：2）提高同步电东回路故障信号报警的灵敏度，进行试验正常后投入使用。2.3 自笑励式励出自复励励磁方式优点是静态电压调节精度较离具有较强的电潦补偿作用，可在机端发去短路时提供强励电流，缺点是由于电流补偿的作用容易导致发电机空效并列运行时不稔定。（D原因B图2双绕组电抗分流励磁回路接线图如图2所示，为某水电站双绕组电抗分潦励磁回路接线图。在机组大修后起动时，发电机出口电压三相不平衡，在三组电压中两组为400V,一组为380Vo在发电机并网后进行机组无功负荷增加时，发电机的励磁电流越增越小，最后造成发电机欠励蹂运行

18、。进行励磁线圈的检查后发现，主、副绕组相序接错，所以才会出现励磁电流越加越小的现象。（2）应对策略I）提高检修质量，把好验收关：2）将主、副绕组相序改正.2.4 励磁变高压熔断器爆裂（1）故障过程某厂水电机组在进行发电机组温升试脸完毕后进行停机操作时，突然听到控制室外一声爆响，接着该机组跳闸.（2）故障检查和原因分析在故障发生后，立即进行一次和二次系统检查，对机组励磁系统、调速系统进行检查，测发电机定子和转子绝缘，检查励磁变、主变次和二次回路.检查后发现励磁变B相高压熔断器爆裂，调节器专用电压互感罂高压侧三相熔断器全部炸裂。经过对焰断器进行试验后发现该熔断器存在质地问题，熔断电流只有其额定熔断

19、电流的1/2左右。（3）处理措施1）对发电机定子和转子，一次和二次系统进行全面的检查，防止类似事件再发生；2），将同类型、同型号的高压侧熔断器更换为大容量熔断储，同时保证是合格产品，进行抽样做试脸检查。2.5 发电机非全相运行（1）故障过程某水电站在机组起动后发电机升压时，电压在升到额定值后迅速降至0,怀疑是风机故障导致。为了排查原因，对机组进行手动起励，同样是电用升高后迅速降至0.伴随有异常声音.测量发电机定子和转子绝缘均正常“单独进行发电机和励磁逆变的试3第机组出口开关拉至试验位置情况下对发电机进行升压，发电机出口电压能够稳定在额定电压。同时对励磁进行逆变试验，同样也正常。在将发电机出口开

20、关推到工作位置的过程中有报警显示母线B相有金属性接地，开关拉至试验位置后报警消失。由此可以判断出是发电机出口开关故障导致。对开关出头摇绝缘对地绝缘均正常,触头上下口之间绝缘B相为0,说明B相在合入位置。对开关B相进行检查后发现，该相动触头连杆螺竺掉了导致开关在分开时实际并没有分开。(2)原因分析这是一起由于开关没有断开而引起的励磁系统故障。在发电机升压后，由于三相电压不同期，励磁调节器的控制脉冲被破坏,使得发电机电压自动逆变灭磁，发电机的非全相可能会造成发电机定子线圈烧毁等恶性事故发生.(3)对策I)在操作发牛.故障时，运行人员应立即查阅相关报警记录，从而及时发现故障原因：2)认真做好开关的运行和检修工作,做好检修后的各项监收和检查、设备的传动和试验工作。3、结论本文对励蹂系统的常见故障进行了介绍，并分析了其发生的原因，提出了相应的时策.励磁系统在故阵发生时，要及时查阅相关报警记录和操作记录，判断出相应故障发生的位四，在设备检修过程中要把好关，认我进行试验和检杳，把好验收关，防止设备在投运过程中出现故障。励磁系统作为水电站的重要系统，其安全运行直接影响到机组和电网的安全稳定运行。