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   UN5000 勵(lì)磁系統(tǒng)跨接器（CROWBAR）故障的技術(shù)分析與處理

2007.№5 大 電 機(jī) 技 術(shù)49

陳杰鳳 1,，姜國華1，曹洪亮2

（1.哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司,，哈爾濱 150040,； 2.中國招標(biāo)公司，北京 100081）

[摘 要] 本文主要介紹了UNITROL5000 勵(lì)磁系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)設(shè)備——跨接器(CROWBAR)的原理﹑常見故障的分析與處理，重點(diǎn)闡述了CUS 元件的故障現(xiàn)象,，分析了故障原因,，提出了處理方法，為現(xiàn)場人員的維修提供了重要的參考依據(jù),。

[關(guān)鍵詞] UN5000 勵(lì)磁系統(tǒng),；跨接器；CUS 元件,；轉(zhuǎn)子過電壓

工作原理在UN5000勵(lì)磁系統(tǒng)中,，跨接器的主要作用有兩點(diǎn)：一是用于滅磁；二是用于轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù),?？缃悠髦饕捎|發(fā)板-A02，晶閘管V1～V3及電流監(jiān)視用CUS元件-T1三部分回路組成,，如圖1,、圖2所示。

1.1 滅磁原理

對(duì)于300MW及以上的汽輪發(fā)電機(jī)UN5000自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng),，一般都采用標(biāo)準(zhǔn)的直流滅磁方案,，它包括安裝于整流橋直流側(cè)的4斷口磁場斷路器、晶閘管跨接器（CROWBAR）,、碳化硅非線性滅磁電阻,。當(dāng)收到來自發(fā)電機(jī)保護(hù)或者來自內(nèi)部的勵(lì)磁保護(hù)跳閘命令，在斷開直流側(cè)磁場斷路器的同時(shí)觸發(fā)晶閘管跨接器以接通滅磁電阻滅磁,，同時(shí)啟動(dòng)逆變滅磁措施共同滅磁,。

1.2 直流側(cè)過電壓保護(hù)原理

發(fā)電機(jī)端出現(xiàn)故障，如短路,、錯(cuò)誤的同步或異步運(yùn)行,，會(huì)在轉(zhuǎn)子回路中產(chǎn)生反向過電壓。過電壓必須被限制到足夠安全的水平,，以不破壞勵(lì)磁繞組的絕緣為標(biāo)準(zhǔn),。跨接器電路通常用于直流側(cè)過壓保護(hù),。該電路采用雪崩二極管探測(cè)轉(zhuǎn)子回路中的正向和反向過電壓,，如觸發(fā)板-A02上的V1000。對(duì)于300MW汽輪發(fā)電機(jī)組該雪崩二極管的擊穿電壓一般選擇為2200V,即過電壓保護(hù)動(dòng)作值為2200V,。當(dāng)雪崩二極管被擊穿時(shí),，相連的可控硅則被觸發(fā)，立即將碳化硅非線性滅磁電阻R02.1～3并聯(lián)連接到轉(zhuǎn)子回路上,，如圖2,。同時(shí)發(fā)出跳閘令切機(jī),。

2.1 跨接器（CROWBAR）晶閘管短路故障

當(dāng)跨接器（CROWBAR）的正向或反向晶閘管短路時(shí)，轉(zhuǎn)子電阻長時(shí)間導(dǎo)通,，會(huì)發(fā)生碳化硅電阻過熱,。因此碳化硅非線性電阻應(yīng)安裝于遠(yuǎn)離其他電器元件的位置。另外,當(dāng)晶閘管導(dǎo)通電流達(dá)到CUS 監(jiān)視元件的動(dòng)作值時(shí),，AVR 運(yùn)行程序會(huì)發(fā)出轉(zhuǎn)子過電壓報(bào)警,聯(lián)跳磁場斷路器,會(huì)造成嚴(yán)重的事故停機(jī),。

2.2 跨接器（CROWBAR）晶閘管不觸發(fā)故障當(dāng) 汽 輪 發(fā) 電機(jī)轉(zhuǎn)子兩端出現(xiàn)過電壓并達(dá)到

CROWBAR 動(dòng)作值時(shí),而CROWBAR 晶閘管由于故障沒有觸發(fā)，此時(shí)相當(dāng)于硅化硅非線性電阻開路,，會(huì)在輔機(jī)及其他轉(zhuǎn)子表面產(chǎn)生渦流而消耗大部分轉(zhuǎn)子過電壓能量,，轉(zhuǎn)子繞組會(huì)發(fā)生過熱現(xiàn)象，但不會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重后果,。但是,，對(duì)于大滑差長時(shí)間高負(fù)荷異步運(yùn)行，后果還是很嚴(yán)重的,。

圖1 跨接器的組成與接線

圖2 跨接器-F02主回路接線圖

2.3 觸發(fā)回路故障

觸發(fā)回路的故障分為不觸發(fā)和誤觸發(fā)兩種情況,。不觸發(fā)的后果同2.2 項(xiàng)。誤觸發(fā)的后果相當(dāng)于2.1 項(xiàng),。

2.4 CUS 故障

在正常停機(jī)或故障停機(jī)過程中,，由于CUS 檢測(cè)電流為零，會(huì)出現(xiàn)“CROWBAR 失靈”報(bào)警,，提示電廠檢修人員檢查CUS 元件,。如果CUS 輸出端子開路，造成干擾輸入,，會(huì)導(dǎo)致事故停機(jī),。

2.5 其他故障

與觸發(fā)板連接的端子松動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致事故停機(jī),。

3.1 故障現(xiàn)象

（1）AVR“轉(zhuǎn)子過電壓”動(dòng)作而跳磁場斷路器，聯(lián)跳發(fā)電機(jī)開關(guān),，事故停機(jī),。

（2）調(diào)節(jié)器的顯示器LCP 顯示的報(bào)警，按照從先到后的時(shí)間順序如下:

FIELD OVERVOLTAGE 35

CROWBAR FAILED 135

CONV. FAIL LEVEL 1 197

CONV. FAIL LEVEL 2 198

BRANCH R- FAILURE 184

CONVERTER BLOCKED 196

CONVERTER 1 161

（3）其他現(xiàn)象

調(diào)節(jié)器內(nèi)的繼電器-K01,，-K02 都為紅燈,，即動(dòng)作狀態(tài)，U70 和U71 上的TRIP 燈均亮;

通道1 的COB 的LED 顯示F35,， 通道 2 的COB的LED 顯示A161,。

3.2 可能的原因

（1）CROWBAR 及其觸發(fā)板-A02 的線路松動(dòng)或接觸不良;

（2）在滅磁屏內(nèi)發(fā)現(xiàn)新鮮的老鼠糞便，懷疑老鼠造成轉(zhuǎn)子回路瞬間短路,，或者屏內(nèi)直流輸出電纜被老鼠啃噬而斷路或短路,；

（3）轉(zhuǎn)子回路的相間絕緣或者轉(zhuǎn)子繞組對(duì)地絕緣有問題;

（4）滅磁開關(guān)的跳閘回路有問題，不能夠正確動(dòng)作;

（5）勵(lì)磁系統(tǒng)內(nèi)部故障時(shí),，跳閘邏輯不正確,，從調(diào)節(jié)器發(fā)出至保護(hù)的信號(hào)不正確；

（6）外部干擾造成“轉(zhuǎn)子過電壓”誤動(dòng)而跳機(jī),。

3.3 故障檢查

針對(duì)以上 6 種可能的原因,，對(duì)設(shè)備進(jìn)行了逐一檢查。檢查結(jié)果如下:

（1）對(duì)CROWBAR 及其觸發(fā)板-A02 的線路及端子等聯(lián)結(jié)部分進(jìn)行了認(rèn)真仔細(xì)的檢查,，沒有發(fā)現(xiàn)端子松動(dòng)現(xiàn)象,，但發(fā)現(xiàn)CROWBAR 的CUS 元件上面的SUB-D 型端子的第七管腳發(fā)生嚴(yán)重電腐蝕而斷路，FEMALE 和MALE 端均覆蓋有白色粉末,。

（2）將勵(lì)磁系統(tǒng)連接到轉(zhuǎn)子繞組的電纜全面仔細(xì)地檢查一遍,，沒有發(fā)現(xiàn)被老鼠啃噬而斷路或短路的痕跡。

（3）進(jìn)行了轉(zhuǎn)子繞組的相間及轉(zhuǎn)子繞組對(duì)地的絕緣電阻測(cè)試,，結(jié)果滿足運(yùn)行要求,。

（4）靜態(tài)進(jìn)行了滅磁開關(guān)的合/跳閘試驗(yàn)，證實(shí)滅磁開關(guān)的合/跳閘回路能夠正確動(dòng)作,。

（5）勵(lì)磁系統(tǒng)內(nèi)部故障時(shí),，跳閘邏輯是正確的，從勵(lì)磁系統(tǒng)邏輯圖及硬件圖可以確認(rèn),。

（6）經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn),，勵(lì)磁屏體的接地銅排沒有接至電廠的接地網(wǎng)。從外部接至勵(lì)磁屏體的所有電纜的屏蔽線都懸空,，未接地,。

3.4 電流傳感器CUS的工作原理

（1）CUS功能簡介

電流傳感器CUS通過Hall傳感器測(cè)量電流。它可以測(cè)量的電流最大值為2000A,，而且線性度和精度都非常高,。傳感器的輸出能夠產(chǎn)生與鐵心內(nèi)流過的電流成正比的差分電壓。

（2）CUS工作原理

在CUS的管腳“OUT 1“和“OUT 2“輸出高頻差分電壓,。CUS測(cè)量原理圖見圖3和圖4,。

圖3 CUS電流測(cè)量原理圖1

圖4 CUS電流測(cè)量原理圖2

Hall傳感器放置于螺旋形鐵心的氣隙內(nèi)。這樣的結(jié)構(gòu)允許測(cè)量穿過鐵心的,，與測(cè)量電流成正比的磁通量,。Hall傳感器的接點(diǎn)接至Sub-D 型端子。Sub-D 型端子,，螺旋形鐵心,，以及Hall傳感器共同封裝在塑料外殼內(nèi)。將Sub-D型端子外部的兩個(gè)加固螺釘拆開,，拔下Sub-D型端子的MALE端,，檢查發(fā)現(xiàn)其第七管腳的插針和插孔都已經(jīng)嚴(yán)重電腐蝕,，全部被白色粉末覆蓋。事實(shí)上,，此處的連接已經(jīng)完全中斷,。因此，在前面停機(jī)滅磁過程中,， 由于檢測(cè)不到CUS 感應(yīng)電流,， 因此發(fā)出“CROWBAR FAILED跨接器失靈”報(bào)警，完全符合勵(lì)磁系統(tǒng)邏輯圖的控制邏輯,。

Hall傳感器的信號(hào)輸出及電源輸入是通過9芯Sub-D型電纜傳送給FIO（快速輸入/輸出板）的-X4端子,，如圖1所示。FIO板的輸入X4的技術(shù)數(shù)據(jù)如下：

X4電壓輸入：AI3

電壓范圍：0~5V

頻率大約為：10 kHz

從圖4可以看出,，該輸入信號(hào)AI3經(jīng)過FIO板上的模擬差分放大器放大后,，從FIO板上的端子-X31/32輸入AVR主板COB內(nèi)，電氣連接參見圖5和圖6,。

圖5 CUS與FIO的電氣連接

圖6 COB與FIO的電氣連接

3.5 故障分析

由于CUS的輸出端開路,，為干擾的輸入提供了條件。在機(jī)組運(yùn)行過程中,，在勵(lì)磁屏體關(guān)門的瞬間,，門控開關(guān)（限位開關(guān)）的接點(diǎn)動(dòng)作，切斷屏體日光燈電源,，日光燈鎮(zhèn)流器線圈放電產(chǎn)生高次諧波電壓信號(hào),，此干擾信號(hào)從CUS的開路點(diǎn)輸入FIO（快速輸入/輸出板），達(dá)到CROWBAR漏電流動(dòng)作設(shè)定值（參數(shù)925設(shè)定值120A）,，使得勵(lì)磁邏輯報(bào)“轉(zhuǎn)子過電壓故障”而跳磁場斷路器,，同時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。從電廠的故障錄波設(shè)備記錄的參數(shù)曲線看出,，跳機(jī)前勵(lì)磁電壓沒有大的波動(dòng),，因此可以完全排除轉(zhuǎn)子主回路故障而引起轉(zhuǎn)子過電壓發(fā)生的情況。最終確定為干擾引起“轉(zhuǎn)子過電壓故障”誤動(dòng)而跳機(jī),。

3.6 故障處理

對(duì)故障 CUS 做更換處理,。故障元件更換后，對(duì)該套勵(lì)磁系統(tǒng)全面地做了靜態(tài)試驗(yàn),，包括風(fēng)機(jī)試驗(yàn)和小電流試驗(yàn)等,，然后起機(jī)。至今設(shè)備運(yùn)行一直良好,，故障再未出現(xiàn),，證明已經(jīng)徹底解決了該問題。

綜上所述,，CROWBAR 是勵(lì)磁系統(tǒng)重要的滅磁和過電壓保護(hù)設(shè)備,，對(duì)于機(jī)組的安全運(yùn)行非常重要,。在大修和小修期間，應(yīng)該對(duì)其定期全面地檢查與試驗(yàn),，以確保CROWBAR 能夠安全﹑穩(wěn)定地工作,。

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