发电机灭磁开关和励磁系统可靠性提升

费维

摘要：发电机灭磁开关是发电机励磁系统的重要组成部分;因其动作不可靠，引发发电机励磁系统可靠性差。本文结合实际工作中遇到的问题，历经多次的原因分析与整改;最终通过对灭磁开关本体复位弹簧的调整，以及发电机起励逻辑的完善;有效的提升了发电机灭磁开关及励磁系统可靠性。

Abstract： The generator de-excitation switch is an important part of the generator excitation system. Because of its unreliable action， it causes poor reliability of the generator excitation system. In this paper， combined with the problems encountered in the actual work， through the adjustment of the return spring of the de-excitation switch body and the improvement of the generator excitation logic， the reliability of the generator de-excitation switch and excitation system is effectively improved.

關键词：灭磁开关;后备分闸;励磁调节装置;发电机转子一点接地;起励逻辑

Key words： de-excitation switch;backup opening;excitation regulation device;one-point grounding of generator rotor;excitation logic

中图分类号：TM31                                        文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）21-0191-02

0  引言

发电机是将其他形式的能源转换成电能的机械设备;其中最常见的三相同步交流发电机由原动机拖动直流励磁的同步发电机转子，以转速3000t/min旋转;根据电磁感应原理，三相定子线圈便感应出交流电势。供给同步发电机转子励磁电流的电源及其附属设备的励磁系统则是同步发电机必不可少的部分。而灭磁开关作为发电机励磁系统的重要组成部分;开机建压前，投入灭磁开关，在发电机停机或事故情况下，跳开灭磁开关切断励磁回路电流，达到快速降低发电机电压的目的。当发电机灭磁开关动作不可靠，及发电机起励建压逻辑存在缺陷时，必然对发电机的并网投运带来影响。

1  情况简介

某燃机电厂安装有二套9E燃机联合循环机组;每套联合循环机组拥有一台燃机发电机及一台汽轮发电机。燃机发电机（型号QFR-135-2）、汽轮发电机（型号QFJ-60-2）采用南京汽轮发电集团生产的全空冷自并励发电机，额定电压/容量分别为13.8kV/135MW和10.5kV/60MW，发电机励磁系统采用自并励系统，由接于发电机机端的励磁变压器、功率整流柜、调节柜、灭磁柜、起励装置等设备构成，调节器型号为国电南自生产的PSVR100，控制器为主/从方式运行，每台机组整流柜共2面，采用冗余配置。发变组保护采用是国电南自生产的DGT-801系列保护装置。灭磁开关均采用安徽时代科聚电气有限公司生产的DMX2-4型磁场断路器。近期该电厂多次发生灭磁开关动作不可靠，以及起励时机端电压升压异常的故障，对机组的安全投运造成较大影响。

2  几起典型故障的原因分析与处理过程

2.1 典型故障1

2018年05月17日，1号燃机发电机停机时，灭磁开关后备分闸。

现场检查发现1号燃机发电机灭磁开关传动电磁铁中的动铁心未能下落到位。在拉开灭磁开关直流控制电源，外用杆子手动合上灭磁开关。灭磁开关直流控制电源送电，就地按灭磁开关合、分闸按钮，开关动作正常。开关传动电磁铁下落位置正常，后备指分闸示灯灭。次日发电机并网正常。利用机组停运期间检查无果，后期机组并网也未再发生此类故障;因此认为此次故障需进一步进行观察，以确定故障原因。

2.2 典型故障2

2018年10月25日，1号燃机发电机起励建压时，发电机保护A屏 “转子一点接地”保护动作。

检修人员根据发电机保护装置的提示，对发电机转子回路展开绝缘检查。在对发电机转子绕组、励磁电缆、励磁直流母排以及励磁系统各测量回路的绝缘测结果量均合格;得出发电机转子回路没有接地！就地合上发电机灭磁开关FMK，手动起励正常;恢复后，由DCS系统远程合灭磁开关，DCS画面正常操作，1号燃机发电机程控起励建压正常;发电机顺利并网。

在后续的原因分析过程中，故障原因得到最终明确。首先，“发电机转子一点接地保护”明确为误报警。该燃机发电机保护装置为国电南自生产的DGT-801A保护装置，保护装置根据转子电压判断转子接地故障。在正常的起励建压过程中，起励电源的投入时间设定为10s，但实际在起励电源投入的3s中，发电机机端电压就已升至大于10%额定电压的电压值，励磁调节装置AVR自动将起励电源退出，由发电机自并励励磁系统继续提供励磁电流;所以在正常起励建压过程中不会引发“发电机转子一点接地保护”动作。当某种特定的情况下，在起励电源退出后，发电机自并励系统未能继续提供励磁电流;促使转子电压突然下降，保护装置判别为转子回路发生了短路，而使转子电压突然下降;因此保护装置发报警信号。达到高高定值时，“发电机转子一点接地保护”动作出口。

其次，误起励建压的主要原因为灭磁开关动作不可靠引起。当机组升速至3000r/min时，各限制条件正常退出，同时触发“AVR开机”令;运行人员在DCS画面上进行操作“投起励电源”，该起励电源维持10s。接着运行人员在DCS画面操作远程合灭磁开关，DCS后台接到灭磁开关反馈信号，自动触发“起励建压”令。此时，勵磁调节装置AVR满足装置处在自动运行状态、接收到灭磁开关合闸信号、机端电压低于10%的额定电压、接收到外部 “起励建压”指令以及各保护动作信号消失的几个条件下，启动起励建压过程。由于励磁调节器AVR所接收的灭磁开关合闸信号是接在灭磁开关的常闭辅助接点上。那么当灭磁开关实际在分位，因接线虚接、松动等原因断开，则会使AVR装置误认为灭磁开关FMK已处在合闸位。又因发电机控制屏内，发现柜内的“AVR开机”令与“起励建压”令被短接。故在此次机组启动过程中，当机组自动达到3000r/min时，励磁调节装置AVR已满足条件，在未实际合闸灭磁开关的情况下，执行起励建压动作;最终引发“发电机转子一点接地”保护动作。

整改措施：对灭磁开关的辅助接点上的接线进行检查紧固;取消机组升速至3000r/min时自动触发的“AVR开机”令。

2.3 典型故障3

2019年02月20日，3号发电机并网时，灭磁开关不能合闸。经处理后合上灭磁开关，但DCS画面上却无法起励建压。

检修人员通过仔细观察DCS后台操作起励过程中，励磁调节器AVR装置的变化;认为AVR装置未接收到“起励建压”指令。会同热控人员查找后台程控逻辑，发现程控逻辑出错中止。热控人员对程控逻辑重置后，运行人员DCS画面再次操作，3号发电机正常起励并网。

结合前期3号发电机停机后，灭磁开关柜“分闸”指示灯不亮的故障处理经过。检修人员通过轻触灭磁开关辅助接点，“分闸”指示灯正常点亮。因此认为，3号发电机灭磁开关辅助接点，有不到位的现象。同时，因运行人员在DCS后台操作灭磁开关合闸，而实际灭磁开关未能正常合闸情况下，使DCS后台程控逻辑无法顺利执行而非法中断。

在20日晚，机组停运后对灭磁开关再次进行细致的检查。经过反复多次的尝试;最终通过拉紧分闸复位弹簧约0.5cm后，多次分合闸成功，开关辅助接点均已正常到位;随后为防止固定螺母松动，在已有二个螺母的基础上，分别加上二个平垫，一个弹垫与一个螺母。并在以后的启停机过程中得到验证。

3  此类故障的原因归纳及应对措施

围绕发电机灭磁开关、起励时机端电压升压异常的故障，并非只有以上三起典型故障。在机组启机过程中，多次发生灭磁开关动作不可靠的现象。通过对文中所述的三起典型故障的原因分析与处理过程，我们把此类故障的原因归纳为以下两点：

3.1 灭磁开关的动作不可靠

因机组投运已有8年，相关设备已开始频繁出现同一类型故障。造成灭磁开关FMK辅助接点不可靠的原因可能存在以下几点：

①因燃机作为调峰机组，启停频繁，灭磁开关动作次数较多;造成灭磁开关辅助接点的连杆等机构磨损，间隙增大。

②燃机发电机灭磁柜工作环境不佳，且为强制散热方式;造成柜内积灰较多，灭磁开关辅助接点的连杆等活动机构润滑不好，有阻力增大、卡涩现象。

③灭磁开关触头多次操作后，引起触头接触电阻增大，导通性能下降。

而往往忽略了灭磁开关分闸复位弹簧的拉力。电厂采用的DMX2-4型灭磁开关分闸复位弹簧的固定螺栓因只一头进行固定，且弹簧在拉伸过程中的振动，极易引起固定螺帽松动;从而发展到灭磁开关分闸不到位，辅助接点接触不可靠;直至引发发电机组更严重的故障。

应对措施即对灭磁开关分闸复位弹簧重新调整行程，恢复其应有的拉力;同时通过加装弹簧垫的方式，消除因固定螺帽的松动，而引起复位弹簧拉力变化的隐患。最终提高灭磁开关的动作可靠性。

3.2 后台起励逻辑存在缺陷及逻辑的执行纪律不强

发电机DCS后台起励逻辑存在缺陷，“AVR开机”令与“起励建压”令一同发出。其次，在逻辑执行出错时，不能提供退出执行的方法。此类问题，由热控、电气专业共同进行修复、完善。

逻辑的执行纪律不强。每一步逻辑执行完毕后，运行人员应对现场设备确认状态;是否已执行完毕、到位，是否满足下一步逻辑的执行条件;避免误操作引发事故。应对措施为加强运行人员的培训学习，提高对设备的认知。

经过以上有针对性的整改，该燃机电厂发电机励磁系统可靠性得到了很好的提升;在近一年多的机组启动过程中，未再发生过同类故障。也为发电机组安全可靠运行提供的有力保障。

4  结语

本文所述的二种故障原因都具有很强的隐蔽性。DCS后台逻辑在调试过程中没有发现的缺陷，将隐藏的非常深;一般只有在特定条件下才会暴露。同样弹簧的紧力，一般检修过程中不会去进行检测;而通过肉眼观察，将很难明确。 因此，对我们技术人员在处理实际问题中，提出了更高的要求。

参考文献：

[1]国电南京自动化股份有限公司.PSVR 100 发电机励磁调节装置技术说明书.

[2]国电南京自动化股份有限公司.PSVR 103灭磁及过压保护装置技术及使用说明书.

[3]安徽时代科聚电气有限公司.1600～4000A DMX2型磁场断路器产品说明书.

[4]国电南京自动化股份有限公司.DGT 801系列数字式发电机变压器组保护装置技术及使用说明书.

[5]吴龙.发电机励磁设备及运行维护[M].中国电力出版社， 2019.

[6]方大千，方成，等.发电机励磁装置实用技术200问[M].化学工业出版社，2016：233，275.

[7]孟凡超，吴龙.发电机励磁技术问答及事故分析[M].中国电力出版社，2008：122-123.