发电机微机励磁调节系统参数波动的分析与处理

摘要：随着电力系统的迅速发展，对发电机励磁系统的静态和动态调节性能以及运行可靠性提出了更高的要求。计算机技术、控制理论、电力电子技术的发展促进了微机励磁调节系统逐渐趋向于成熟、稳定、可靠，成为火电厂的首选方案，逐渐在大型汽轮发电机组中推广应用。但在实际生产过程中，微机励磁调节系统也会出现一些新的故障现象，对现场维护人员的技术水平提出了更高的要求。本文介绍了一起微机励磁调节系统参数异常波动的现象、原因以及分析处理方法，希望为遇到同样问题的专业人士提供一个解决问题的思路。

关键词：参数；分析；处理

一、引言

某厂一台220WM发电机组投产于2005年，为汽轮发电机组，采用自并激可控硅微机励磁调节系统。该励磁调节系统采用的是GES3000型微机励磁调节装置。现场接线方式如图一所示。

GES3000型微机励磁调节系统将发电机机端三相电压和三相电流，转子电流和转子电压等信号，通过信号测量回路将信号隔离并处理，经高速、高分辨率A/D实现模数转换，输入到CPU中，经交流量采集算法及数字滤波实现励磁系统数据采集。调节器根据测量到的机端电压，有功功率、无功功率和励磁电压，电流等，实现对发电机励磁的控制，使机端电压维持在恒定值。调节器具有机端电压和励磁电流两种闭环控制运行方式，以及触发角控制的开环运行方式。

该微机励磁调节系统采用了现场网络技术和智能化的设计思想，改变了传统励磁系统结构和数据信息交互方式，大大简化了励磁设备之间的连接，增大了数据和信号的传递，节省了联接电缆，使设备可靠性得到提高，维护更加容易。同时，系统配备了两套完全相同、独立的A、B调节器主机，A、B两套系统之间采用通信网络联结，系统结构简单，可靠性高。双通道控制系统间的通信更全面而真实，系统的冗余度和可靠性更高。A、B调节器主机采用主备运行方式，可以实现两套调节器主机间的无缝切换。调节器主机采用交、直流双重供电系统及进口工业电源，提高供电可靠性。采用高性能处理器和高速、高分辨率的A＼D转换器，实现每周波24点采样，结合专用的测量PT，CT，及数字信号处理器（DSP）进行交流量采样计算，保证了测量的高精度及响应速度。

二、工作原理

GES3000微机励磁调节装置将发电机机端三相电压和三相电流，转子电流和转子电压等信号，通过信号测量回路将信号隔离并处理，经高速、高分辨率A/D实现模数转换，输入到CPU中，经交流量采集算法及数字滤波实现励磁系统数据采集。调节器根据测量到的机端电压，有功功率、无功功率和励磁电压，电流等，实现对发电机励磁的控制，使机端电压维持在恒定值。

调节器具有机端电压和励磁电流两种闭环控制运行方式，以及触发角控制的开环运行方式。

正常运行时，调节器按机端电压进行PID调节，并对各种工况进行实时限制判别、故障检测、录波等工作，一旦发现异常情况，自动转换到限制功能，或切换到备用通道，并进行异常或故障报警。在双通道双重控制情况下，备用通道自动实现跟踪主通道的控制调节量、主要工况和状态，以实现无扰动的切换

三、事件经过

2014年8月2日，发电机组正常运行，有功负荷153MW，无功负荷30MVAR。微机交流励磁调节系统A套主机运行，B套主机跟踪A套主机同步在线运行。

17：05，发电机DCS显示有功功率、无功功率、转子电流、转子电压、励磁变低压侧电流出现有规律的异常波动。其中无功功率波动幅度较大，最大波动幅值达到了30MVAR左右。现场检查励磁变压器、微机励磁调节器和整流柜无任何异常报警发出，励磁调节器主机仍然维持A套运行。微机励磁调节器控制柜、整流柜各参数与DCS显示数据同步摆动。

维护人员初步判断微机励磁调节器A套主机出现异常，立即手动将发电机组微机励磁调机器主机由A套切换到B套运行。切换后，机组各项运行参数恢复稳定，机组恢复正常运行。

四、原因分析

维护人员利用随后的机组调停时机，对机组微机励磁调节系统进行了认真、细致的检查，没有发现明显的故障点和异常现象。

GES3000型微机励磁调节装置包括两套完全相同的主机控制器，每套主机控制器包括：主机板、电源系统、采样板、液晶显示板和数字脉冲形成及放大板。如图二所示：

维护人员考虑到电子元器件具有一定的使用寿命，而该机组微机励磁调节系统已经投入运行7年多，主机内部的电路板、插件均未更换过。经过研究，维护人员决定对A套主机控制器的部分插件进行更换。共更换了数据采集板、脉冲形成板两块插件板。主机内部结构如图三所示。

为了检验A套主机更换插件后的实际运行效果，我们仍然使用A套主机完成了发电机组的起励、升压、并网工作。各项操作指令均顺利完成，A套主机运行稳定，#8发电机组运行稳定。

投入运行几天后，该发电机组又出现了正常运行中参数异常波动现象，波动的参数仍然与第一次相同。运行人员立即手动将微机励磁调节器主机由A套切换至B套运行，切换后，各项参数趋于稳定，机组恢复正常运行。

每次出现机组参数波动时，将A套主机切换到B套主机，机组均能恢复正常运行。初步说明整个微机励磁调节系统的一次元器件没有问题，查找问题的重点应放在微机励磁调节器A套主机本身、A套主机与整流柜之间的调节脉冲传送回路这两个方面。

该机组微机励磁调机器主机与三台整流柜之间的调节脉冲采用串口、并联的方式进行传送，如图四所示。为了排查故障点，以B套系统作为比对，维护人员将A套主机与B套的调节脉冲传送回路相连，通过小电流试验检测，励磁调节系统各项功能正常，从而确定A套主机正常。加上前已确定一次元器件没有问题，最终维护人员判断故障点应该在A套的调节脉冲传送回路上。

随后，维护人员又将B套主机与A套的调节脉冲传送回路相连，通过小电流试验检测，发现此时励磁调节系统又出现了有规律的波动。再次验证判断。

通过理论分析，我们也可以知道调节脉冲在传输过程中如果出现问题，目标值和反馈值将无法达到平衡，为了达到调节目标，A套主机将不断发出脉冲调整三台整流柜输出，将会引起发电机运行参数有规律的波动。

根据试验和分析结果，我们更换了调节器A套主机到整流柜之间的调节脉冲传输线。更换后，为了检测A套调节器主机整体调节性能，我们进行了励磁调节系统带负载小电流试验。

试验结果显示励磁调节系统输出波形完整，幅值、角度正确，A套主机调节功能正常，各只可控硅功能正常，微机励磁调节系统运行稳定。

试验完成后，我们仍然使用A套主机进行发电机组的起励、升压、并网操作，各项指令均顺利完成，A套主机运行平稳，发电机组运行参数稳定无异常。

机组投入运行后，连续观察微机交流励磁调节系统2个月的时间，该套微机交流励磁调节系统未再出现运行中参数波动异常现象。至此，此次微机交流励磁调节系统参数异常波动的原因已经明确，波动的原因是由于微机励磁调节器主机与整流柜之间的调节脉冲传输线缆老化，出现脉冲丢失造成的。

五、总结

发电机组微机励磁调节系统参数异常波动，经过一段时间的检查、分析和试验，原因已经明确，问题已经解决。但此异常情况对现场维护人员敲响了警钟。电子元器件虽然具有运行稳定、可靠、维护量小等一些优点，但其对使用过程中的温度、灰尘以及使用年限都有着较严格的要求，具有一定的使用寿命。现场维护人员应该对长周期使用的电子元器件加强检查和维护，严格按照技术规范进行定期检验。真正做到及时发现问题，及时处理问题，把事故隐患消除在萌芽狀态。

作者简介：

姚瑞强（1969年—），男，安徽宿州人，工程师，大专学历。从业于大唐淮北发电厂，历任生产值长多年，研究方向：电力系统及其自动化，发表技术论文多篇。