EX2100励磁调节器故障处理

蔡国英(浙江浙能中煤舟山煤电有限责任公司，浙江 舟山 316131)

0 引言

某发电厂两台1 030 MW燃煤发电机组，采用美国GE公司制造的EX2100电压源数字式静止励磁系统。GE EX2100是GE公司第三代数字式静态励磁系统，输出励磁电流，以控制发电机机端电压。EX2100励磁系统由控制屏(AVR)、整流屏(SCR)、辅助屏、交流屏、直流屏以及励磁变压器组成。

EX2100励磁调节器配置了三个冗余的控制单元：M1、M2和C，磁调节器为GE公司生产的EX2100控制器，共配置两个通道，每一通道内还分为自动和手动励磁控制方式，正常时可在任一通道自动运行，当此通道自动运行出现故障时，自动切换到另一通道自动运行[1]；当另一通道自动运行也出现故障时，则切换到该通道的手动运行。控制器 C 接收与其他两个控制器相同的反馈电压和电流输入，对这些信号进行计算并与M1、M2控制器进行数据交换。对于自并励机组的启动都存在一个起励建压的过程，启励模块提供大约15%到20%的空载励磁电流加到发电机的转子绕组，当磁场电流上升到15%空载励磁电流后，起励回路自动退出[2]。如果起励失败那么发电机将无法获取初始励磁，而对于励磁调节器中的触发回路，如同步电压过低，是无法正常工作的，那么此时晶闸管也就无法正常触发导通，因此机组就无法启动。

1 故障过程

某公司#2机组C修结束后，机组启动过程中，发电机建压失败。

1.1 故障前运行状态

#2机组发电机转速3 000 r/s，励磁调节器在AVR运行模式，M1为主控制器，调节器及DCS后台无报警。

1.2 故障经过

在机组检修后启动的过程中，#2发电机走顺控并网逻辑，启动失败。#2机DCS励磁系统画面报“#2机励磁系统故障告警”，励磁系统就地控制屏报警内容为：“代码68：53A Fail to close”即53A接触器未吸合，其中53A为起励接触器，供电电压为直流110 V，起励回路(如图1所示)。维护人员到达现场后对53A接触器进行测量检查，线圈阻值为0.864 kΩ属正常范围，其他设备也未见异常，后与运行人员进行沟通，退出两套发电机励磁变保护屏内“励磁系统故障”非电量跳闸压板后，再次进行发电机空载自动建压，失败报警与先前一致，随后专业组人员对问题进行进一步查找、分析。

图1 起励回路

2 故障检查及分析

#2机DCS励磁系统画面上报“#2机励磁系统故障告警”，就地报警为：“代码68：53A Fail to close”，检修人员根据报警提供信息与现场情况进行如下检查。

2.1 现场设备二次回路检查及分析

(1)对整个起励控制回路提供电源的J2端口进行了测量，正、负接点对地分别为±58 V左右，由此确认起励控制回路电源正常。

(2)对53A接触器的线圈电阻又进行了测量，阻值为0.864 kΩ。并对53B的线圈电阻进行了测量，阻值为0.386 kΩ，53B是由与53A相同型号的两个接触器并联而成，现场设备，进行对比后认为53A接触器线圈正常未损坏。

(3)对控制53A接触器的二次回路进行再一次检查，53A接触器控制回路(如图2所示)。

图3 53A接触器控制回路

对起励控制回路中EPDM(配电模块)的J7-6、J7-12、J7-9与EXHS板卡(导引各控制回路中继电器的接点输出，接点输入，并完成信号处理回路)中J7-3、J7-12、J7-9分别进行了检查、测量，各点电位正常，并对EXHS板的J7-9和J7-12端子进行短接，发现53A接触器能动作，由此可以确认起励控制回路正常。

2.2 调节器控制板及软件逻辑检查分析

(1)在完成以上回路检查后，暂未发现有设备损坏的迹象，为了确认EXHS卡的工作情况，对故障进行复归，联系运行人员再次进行起励操作，观察在起励过程中EXHS板卡的状态变化。经观察发现EXHS板上控制53A接触器的K53AM1、K53AM2、K53AC，现场设备三个中间继电器在起励的过程中吸合约1 S，在灭磁开关跳开后断开。检修人员通过对EXHS板卡K53AM1、K53AM2、K53AC三个继电器的动作情况进行判断得出：EXHS收到了控制器发出的信号，EXHS板卡能够正常工作，且中间继续电器K53AM1、K53AM2、K53AC能够正常动作(检查过程中也对K53AM1、K53AM2、K53AC三个继电器进行了线圈的阻值测量，均正常)。

(2)再次联系运行值班人员进行起励，用toolbox软件观察内部程序的运行情况。经过观察toolbox软件内控制程序运行至第六步：close 53A check 后，控制器程序运行失败，控制器跳灭磁开关、发励磁系统故障告警。程序运行情况与励磁调节器的现场故障情况吻合，而且进一步验证了现场观察到K53AM1、K53AM2、K53AC三个继电器吸合约1S后断开原因是控制器对53A接触器发0.5S的合闸脉冲，期间控制器如果没有收到53A接触器的反馈(为了确认53A接触器反馈节点的正确性，对53A接触器两边的电源进行短接使53A接触器吸合，用toolbox软件观察到控制器可以收到反馈信号)，起励就终止，跳灭磁开关、发“励磁系统故障”告警。在检查过程中业考虑到是否因控制器发出的53A接触器合闸脉冲过短而导致合作失败，后经确认控制器对53A接触器发的0.5 S合闸脉冲时间无法更改。

(3)根据上述情况进行分析、判断后认为EXHS板卡正常，53A接触器并未损坏，对二次回路进行深入的检查。检修人员对二次回路各插口进行再一次检查、紧固，而后复归故障，联系运行人员再次起励，起励任就失败。

(4)随后检修人员决定对53A接触器再一次重新确认。联系运行值班员断开起励电源，用继电保护测试仪对起励接触器进行动作特性测试。测试结果为：53A接触器线圈电阻0.864 kΩ为正常值，动作电压加到110V时，该接触器才动作，而同样型号的53B接触器在82V左右就可以动作，53A接触器动作值明显偏大。

3 故障原因总结

综合故障现象与检查结果分析得出#2机励磁调节器起励失败的原因是：在#2机在起励的过程中，虽然#2机厂用110 V直流系统正常能够提供115 V左右的电压，但起励控制回路电阻变大导致53 A接触器两端控制电压低于110 V，而53A接触器动作的电压大于110V，起励过程中53A接触器无法动作导致起励失败。另外，在故障检查的过程中在对EXHS板的J7-9和J7-12端子进行短接时，人为的减小了回路电阻，这时接触器两端的电压勉强能够达到接触器的动作电压，所以在短接时53A接触器可以动作，误导了检修人员的判断，不能快速查找到故障。

在GE2100励磁调节器使用的过程中，还出现其他方面的故障：

(1)励磁装置的86P和86N跳闸继电器动作功率较小，不满足重要跳闸回路继电器动作功率不低于5 W的反措要求，受到交流干扰后动作先跳闸灭磁开关引起机组停机，故障信息：Trip Not Running 52closed、Trip Abort stop Trip、Trip via Lockout (86)。

(2) EDEX(灭磁板)故障导致M2控制器报故障，且相应的EDCF(直流采用板)供电电源熔丝熔断，使得板卡无法运行，故障信息：Problem in M2，M2 Keypad上面：M2直流电压、直流电流没有采样。

(3)分合闸继电器导致的起励失败，故障信息：41 Fail to Close。

(4) C控制器EDCF板卡故障，故障信息：Problem in C, EX2100软件中显示：C3 Fid Current problem, C3 Fid Volt problem，继电器动作。

(5) #3整流桥的EHPA励磁装置触发脉冲放大器板故障，导致#3整流桥跳闸，故障信息：Bridge3 Fan1 BAD，Bridge3 Fan2 BAD。

4 结语

GE2100 励磁调节器在某厂10多年的运行过程中，除了个别板卡出现问题外设备相对比较稳定。在检修特别要做好设备的清灰工作，如果设备运行环境比较潮湿[3]，还要对各板卡之间接头多进行检查，在必要的情况下安装加热器，在设备停运时投入。在设计上，由于GE2100励磁调节器为进口产品，接入故障录波和PMU 的励磁电压和励磁电流信号未考虑其测量范围及响应性能，输出变送器无法满足我国的相关标准要求，另外无法提供励磁系统低励限制、过励限制、定子过电流限制及V/Hz限制特性等内部逻辑、参数的说明，缺少与DCS、DEH双向冗余通讯接口、外加白噪声接口，以及无法现场查看各整流桥的温度以及均流、均压情况。